2013年环保工程师水污染防治讲义9

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　　1.9.3反渗透

　　⑴原理

　　用膜法分离溶液时，使溶剂通过膜的方法称为渗透。水通过膜由稀溶液进入浓溶液的过程称为自然渗透。在浓溶液一侧施加压力，使浓溶液中的水通过膜进入称溶液的过程称为反渗透。

　　目前的反渗透膜的传质机理有：溶解扩散理论、优先吸附――毛细孔流理论和氢键理论。

　　⑵反渗透膜及反渗透装置

　　①反渗透膜

　　?结构：是一种只允许水分子通过的半透膜，厚度一般为100～200钠米，具有不对称的断面结构，主要包括三层：表面致密层，孔径约8～10埃，厚度约为1～10微米，脱盐主要在这一层，另一面为多孔支撑层，结构疏松，孔径约1000～4000埃，两者之间为中间过渡层，孔径约200埃。

　　?性能：反渗透分离的关键是要求反渗透膜具有较高的透水速度和脱盐性能，则反渗透膜所应具有的性能为：单位膜面积的透水速度快，脱盐率高;机械强度好;化学稳定性好，耐酸碱、耐高温和微生物的侵蚀，耐污染;使用寿命长，性能衰降小，原料充沛，价格低，制膜工艺较简单。

　　?分类：

　　按材料分为：纤维素膜和非纤维素膜。

　　按结构分为：不对称膜和复合膜。

　　按外形分为：膜片和中空纤维。水处理中常用以下膜：

　　②反渗透装置：有板框式、管式、卷式、中空纤维式、盘式或碟式等。

　　?板框式反渗透器

　　优点：装置牢固，能承受高压。缺点：液流状态差，易形成浓差极化，设备费用及占地面积大。

　　?管式反渗透器

　　优点：进水流动状态好，易安装，易清洗，易拆换。缺点：单位面积内的体积很小，占地面积较大。

　　?卷式反渗透器

　　优点：单位体积内的膜装载面积大，进水流动状态好，结构紧凑。缺点：进水预处理要求严格，否则易堵塞。

　　?中空纤维式反渗透器：

　　优点：在单位体积内的膜装载面积大，无须承压材料，结构紧凑。缺点：容易堵塞，清洗困难，对进水的预处理要求最严，污染指数要求≤3。

　　⑶反渗透处理的工艺参数

　　①原液状态参数：包括总含盐量、各组分含量、pH值、温度、悬浮物、黏度和微生物量等。

　　②膜性能参数：包括膜的脱盐性能、机械强度、pH值稳定范围和耐热性等。

　　③化学工程参数：包括产水量、产水水质、操作压力、原液流速、膜清洗、膜更换和能耗等。

　　⑷反渗透在废水处理中的应用

　　目前反渗透已应用在处理电镀废水(镀镍、镀铬废水)、食品加工废水、制糖废水、水产品加工废水以及某些污水的深度处理等。

　　反渗透法对高价重金属离子有良好的脱除效果，可以回收废液中几乎全部的重金属，而且还可将水回收利用。

　　⑸反渗透法处理工艺的特点

　　优点：分离过程不需加热、无相变、耗能较少，设备体积少，操作简单，适用性强等。

　　缺点：需在高压下运行，需配备高压泵和耐高压的管路;反渗透膜分离装置对进水指标有较高的要求，易产生膜污染，需定期对膜进行清洗。

　　1.9.4超滤

　　⑴原理

　　超滤又称超过滤，用于截留水中胶体大小的颗粒，而水和低分子量溶质则允许透过膜。

　　超滤的机理是：由膜表面机械筛分、膜孔阻滞和膜表面及膜孔吸附的综合效应，以筛滤为主。

　　⑵超滤膜与超滤装置

　　①超滤膜的种类：

　　常用的超滤膜有：醋酸纤维素膜，聚砜膜，聚酰胺膜

　　②超滤装置：主要有板框式、管式、卷式和中空纤维式等，与反渗透装置类似。

　　?板框式超滤装置

　　优点：装置牢固，适合在广泛的压力范围内工作;流道间隙大小可调，原水流道不易被杂物堵塞;具有可拆性，清洗方便;通过增减膜及支撑板的数量可处理不同水量。

　　缺点：装置较笨重;单位体积内的有效膜面积较小;膜的强度要求较高，一般做在无纺布上，以增强膜的机械性能。

　　?管式超滤装置

　　优点：原液流道截留面积较大，不易堵塞;膜面的清洗比较容易，可化学清洗或擦洗。

　　缺点：单位体积内膜的充填密度较低，占地面积大;膜管的弯头及连接件多，设备安装费时。

　　?卷式超滤装置

　　优点：单位体积内的有效膜面积较大，水在膜表面流动状态比较好，结构紧凑，占地面积较小。缺点：进水预处理要求严格，对所用的膜强度要求较高，使用过程中，一旦发现膜破损须更换新的膜元件。

　　?中空纤维式超滤装置：

　　优点：单位体积内有效膜面积最大，工作效率最高，占地面积小。中空纤维无须支撑物。缺点：膜的清洗较困难，只能用水力冲洗或化学清洗，不能用机械清洗，另外，中空纤维膜损坏后要更换整个组件。

　　③超滤工艺参数

　　主要参数有膜通量、膜清洗和膜寿命。

　　在操作压力为0.11～0.6Mpa，温度小于60℃时，超滤膜的膜通量以1～500L/m2h为宜。影响膜通量的因素有：进水流速、操作压力、温度、进水浓度和原水预处理等。

　　膜必须定期清洗，以延长膜的寿命，正常使用的膜的寿命为12～18个月。

　　④超滤在废水处理中的应用

　　目前已应用在汽车制造行业喷漆废水、金属加工废水以及食品工业废水的处理及有用物质的回收。

　　1.9.5微滤

　　⑴原理

　　是一种以压力为推动力，以膜的截留作用为机理的过滤技术，可以阻止水中的悬浮物、微粒和细菌等大于膜孔径的杂质。其作用属于筛分过程。

　　⑵微滤膜和微滤装置

　　①微滤膜

　　微滤膜有多种类型，按膜表面的化学特性可分为疏水膜和亲水膜，按结构可分为对称膜和非对称膜，按材料可分为有机高分子膜和无机膜，根据膜孔的结构，可分为筛网型微孔滤膜和深度型微孔滤膜。

　　②微孔滤膜过滤器

　　主要有平板式和折叠式。平板式常用于中等液量的过滤，以去除微粒和细菌等杂质。折叠式适合大、中型水处理工程使用。

　　③微滤的应用

　　可用于以下的水处理

　　电子行业：在电子工业纯水制备中主要的作用有两方面：一是在反渗透或电渗析前作为前置过滤器，用以去除细小的悬浮物，二是在阴、阳或混合交换柱后作为最后一级终端过滤装置，以滤除树脂碎片或细菌等杂质。

　　医药卫生行业：可以经济方便地去除水中的细菌微生物和悬浮物，分离病毒、细菌、胶体及悬浮微粒，以得到无菌液体。

　　水处理：处理城市污水和工业废水，可产出不同用途的再生水，若用于食品、酿酒业及软饮料工业中可有效地脱除水中的酵母、霉菌以及其他微生物。

　　海水淡化：可用于海水的预处理，去除海水中的悬浮物、颗粒以及大分子有机物，为反渗透提供原料水。

　　油田采出水处理：采用聚丙烯中空纤维微滤装置可以去除油田采出水中的杂质，以达到回灌水的要求。

　　④微滤法的特性：

　　具有以下特性：孔径较均匀，过滤精度高;孔隙率高，过滤速度快;膜很薄，吸附容量小;无介质脱落，保证滤液洁净;滤膜的品种多，应用面广;过滤过程中无浓缩水排放。

　　膜分离的内容较多，其出题的内容和形式也有可能多种多样，例如：题目内容是：膜可以是()，四个选项A固态、液态或气态，B对称的或非对称的，C酸性的或碱性的，D中性的或带电的。从本节关于膜的有关内容可知，膜可是酸性的或碱性的，所以C正确。另一道关于超滤的题目是：超滤的推动力是()，四个选项是，A浓度差，B电位差，C压力差，D重力差，从前面所讲的超滤的内容有这么一句话：在操作压力为0.11～0.6Mpa，温度小于60℃时，超滤膜的膜通量以1～500L/m2h为宜，由此可知，超滤是在一定操作压力下进行的，所以超滤的推动力为压力差，答案选C。

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