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简述超滤膜的净化过程


文章出处:作者:发表时间:2013-03-25 15:11:13

  各种膜的说明和用途

  薄膜复合膜

  >薄膜复合膜由超薄皮层(活性分离层)和多孔基膜构成。基膜一般是在多孔织物支撑体上浇筑的微孔聚砜膜(即0.2μm厚),超薄皮层是由聚酰胺和聚脲通过界面缩合反应技术形成的。

  >薄膜复合膜的优点与它们的化学性质有关,其最主要的特点是化学稳定性,在中等压力下操作就具有

  >高水通量和盐截留率及抗生物侵蚀。它们能在温度0-40℃及pH2-l2间连续操作。像芳香聚酰胺一样,这些材料的抗氯及其它氧化性物质的性能差。

  第二部分:反渗透膜基本原理

  反渗透是在压力驱动下,水分子通过半透膜,而离子大部分被截留,从而达到水、离子分离的过程。

  半透膜

  半透膜是具有选择性透过性能的薄膜。当液体或气体通过半透膜时,一些组分透过,而另外一些组分被截留。实际上半透膜对于任何组分都有透过性,只是透过的速率相差很大。在反渗透过程中,溶剂(水)的透过速率远远大于溶解在水中的溶质(盐分)。通过半透膜实现了溶剂和溶质的分离,得到纯水以及浓缩的盐溶液。

  渗透与反渗透

  超滤膜规格区别渗透是当流体在跨越半透膜屏障时的一种自然过程。如果将一箱纯水用一张半透膜垂直分为两部分,纯水与理想半透膜的两面以相同的温度和压力接触,在这样的条件下没有跨越半透膜的水的流动产生,因为在膜两侧的化学势完全相等。如果在其中一侧加入溶解性盐,盐溶液一边的化学势降低了。纯水便会向盐溶液一侧渗透,从而产生一个渗透流,直到化学势的平衡重新建立为止。膜的物理和化学性质决定了在传递过程中水比盐的优先地位。

  膜系统

  膜系统是指膜分离装置单元。压力驱动膜系统主要由预处理系统、升压泵、膜组件(压力容器和膜组件)、管道阀门和控制系统构成。

  超滤膜是最早开发的高分子分离膜之一,在60年代超滤装置就实现了工业化。超滤膜,是一种孔径规格一致,额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当压力,就能筛出小于孔径的溶质分子,以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2~20纳米的颗粒。

  有机膜

  纯净水饮用设备有机膜主要是由高分子材料制成,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯等等。根据膜形状的不同,可分为平板膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维膜等。目前,市面上家用净水器用的膜基本上都是中空纤维膜。

  无机膜

  反渗透纯净水设备无机膜中,陶瓷超滤膜在家用净水器中应用比较多。陶瓷膜寿命长,耐腐蚀,但出水有土味,影响口感。同时陶瓷膜易堵塞,清洗不易。中空纤维超滤膜由于其填充密度大,有效膜面积大,纯水通量高,操作简单易清洗等优势,被广泛应用于家用净水行业。

  超滤膜筛分过程,以膜两侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质,在一定的压力下,当原液流过膜表面时,超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液,而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧,成为浓缩液,因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01微米的微孔,其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过,而最小细菌的体积都在0.02微米以上,因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来,从而实现了净化过程。

  在单位膜丝面积产水量不变的情况下,滤芯装填的膜面积越大,则滤芯的总产水量越多

  其计算公式为:  S内=πdL×n   S外=πDL×n

  其中:S内为膜丝总内表面积,d为超滤膜丝的内径;

  S外为膜丝总外表面积,D为超滤膜丝的外径;

  L为超滤膜丝的长度;   n为超滤膜丝的根数。

  内压式和外压式中空纤维超滤膜

  一支超滤膜由成百到上千根细小的中空纤维丝组成,一般将中空纤维膜内径在0.6-6mm之间的超滤膜称为毛细管式超滤膜,毛细管式超滤膜因内径较大,不易被大颗粒物质堵塞。

  反渗透设备装置是借助压力使水分子强迫透过对水分子有选择透过作用的反渗透膜,即是反渗透净水的原理,这种装置为反渗透装置根椐各种物料的不同渗透压,可以大于渗透压的反渗透法进行分离、提取、纯化和浓缩。反渗透法的分离过程不需要加热,没有相变具有能耗少、设备体积小、工艺简单、操作维修方便、无污染、适应性强、应用范围广泛等优点,已成为水处理技术的重要方法之一。可除去水中98%以上的溶解性盐类和99%以上的胶体、微生物、微粒和有机物等,成为现代纯水、太空水(超纯水)工程首选的最佳设备。广泛应用于:电子、医疗、食品、锅炉补给水等工业中纯水、超纯水的制备。太空水、蒸馏水的制备及啤酒和饮料用水的净化。高压锅炉补给水的预脱盐处理。海水、苦咸水的脱盐淡化。制药、轻纺、化工、食品等工业用于分离、浓缩、液体脱色为目的的工艺。工业生产中对水溶液进行有用物质的回收及应用。其它以分离细菌、热源、胶体微粒及有机物为目的的分离过程。

  影响膜性能的因素

  反渗透过程的主要指标是产水通量和脱盐率。对于一定的膜组件,产水量和脱盐率受到给水水质条件和系统运行参数的影响,最基本的给水水质因素有含盐量(浓度)、温度和pH值等,运行参数有压力、给水流量和回收率等。下面就关于对产水量和脱盐率产生影响的各操作因子做一般论述。

  给水浓度

  一定压力下当供给的原水浓度增高时,产水量就会减少。这是因为供给水的渗透压变高,有效压力降低的缘故。脱盐率受浓度影响非常大。通常浓度提高,产水量就会降低的同时,脱盐率也会降低。但是当非常低的浓度下,起初浓度增加,脱盐率率也会稍许增加。随后,随着浓度的不断增加脱盐率就变的低下。

  pH的影响

  给水的pH值定义了它的酸碱性。进水pH值对产水量几乎没有影响,而对脱盐率有较大影响。由于水中溶解的CO2受pH值影响较大,pH值低时以气态CO2形式存在,容易透过反渗透膜,所以pH低时脱盐率也较低,随pH升高,气态CO2转化为HCO3-和CO3-离子,脱盐率也逐渐上升,在pH7.5~8.5间,脱盐率达到最高。

  温度的影响

  反渗透膜产水电导对进水水温的变化十分敏感,随着水温的增加,水通量也线性的增加,进水水温每升高1℃,产水通量就增加2.5%~3.0%;其原因在于透过膜的水分子粘度下降、扩散性能增强。进水水温的升高同样会导致透盐率的增加和脱盐率的下降,这主要是因为盐分透过膜的扩散速度会因温度的提高而加快。



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