1、膜分离法膜分离法电渗析的原理电渗析的原理反渗透的原理反渗透的原理离子交换膜的选择透过性离子交换膜的选择透过性反渗透膜的透过机理反渗透膜的透过机理通过本章学习应掌握的知识点通过本章学习应掌握的知识点：8.1 概述概述8.2 电渗析电渗析 8.3 反渗透反渗透8.4 超过滤超过滤8.5 微微滤滤膜技术的工业应用膜生物反应器技术取得间歇发酵可提高反应器效率膜生物反应器技术取得间歇发酵可提高反应器效率15158080倍倍渗透汽化膜分离技术比传统共沸蒸馏节能渗透汽化膜分离技术比传统共沸蒸馏节能6060生产装置总投资为传统分离方法总投资的生产装置总投资为传统分离方法总投资的404080%80%650 kc
2、al/l130 kcal/l7 wt%乙醇乙醇1380 kcal/l42 wt%乙醇乙醇93 wt%乙醇乙醇99.8 wt%乙醇乙醇980 kcal/l350 kcal/l(90%ES)(33%ES)纤维素纤维素发酵发酵蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏脱水脱水透醇膜透醇膜60 wt%乙醇乙醇99.8 wt%乙醇乙醇透水膜透水膜传统过程传统过程:发酵速发酵速率低、能耗大率低、能耗大膜生物反应膜生物反应器：器：实现连实现连续生产，降续生产，降低操作成本低操作成本国家或地区国家或地区沙特沙特中国中国长海长海中国中国长岛长岛中国中国沧化沧化设备能力设备能力m3/d原水含盐量原水含盐量mg/L能耗能耗kwh/m3产水成
3、本产水成本RMBRMB/m3嵊泗嵊泗1000吨吨/日反渗透海水淡化装置日反渗透海水淡化装置巴黎瓦兹河巴黎瓦兹河梅里市梅里市1414万万立方米立方米/天的天的纳滤厂，每纳滤厂，每天为巴黎附天为巴黎附近近5050万居民万居民提供提供1414万吨万吨饮用水饮用水水水x1x2AB膜进料液扩散液渗析液接受液电渗析过程示意图 浓水浓水 阳 膜阳 膜,只只允 许 阳 离允 许 阳 离子通过子通过 阴膜阴膜,只允许阴离子通过只允许阴离子通过 电极电极 出水时出水时 阳离子阳离子阴离子阴离子进水时进水时进水进水浓水室浓水室淡水室淡水室淡水淡水 离子交换膜具有与离子交换树脂相同的组离子交换膜具有与离子交换树脂相同
4、的组成，含有活性基团和能使离子透过的细孔。成，含有活性基团和能使离子透过的细孔。常用的离子交换膜按其选择透过性可分为常用的离子交换膜按其选择透过性可分为阳膜、阴膜、复合膜阳膜、阴膜、复合膜等数种等数种。阳膜阳膜(cation exchange membrane)含有阳离含有阳离子交换基团，在水中交换基团发生离解，使子交换基团，在水中交换基团发生离解，使膜上带有负电，能排斥水中的阴离子，吸引膜上带有负电，能排斥水中的阴离子，吸引水中的阳离子并使其通过。水中的阳离子并使其通过。阴膜阴膜(anion exchange membrane)含有阴离子交含有阴离子交换基团，在水中离解出阴离子，使膜上带正换
5、基团，在水中离解出阴离子，使膜上带正电，吸引阴离子并使其通过电，吸引阴离子并使其通过。复合膜复合膜 复合膜由一面阳膜和一面阴膜其间夹一层复合膜由一面阳膜和一面阴膜其间夹一层极薄的网布做成，具有方向性的电阻。极薄的网布做成，具有方向性的电阻。当阳当阳膜面朝向阴极，阴膜面朝向阳极时，膜面朝向阴极，阴膜面朝向阳极时，正、负正、负离子都不能透过膜，显示出很高的电阻。离子都不能透过膜，显示出很高的电阻。当当膜的朝向与上述相反时膜的朝向与上述相反时，膜电阻降低，膜两，膜电阻降低，膜两侧相应的离子进入膜中。侧相应的离子进入膜中。以以Na+型强酸性离子交换膜（型强酸性离子交换膜（I）浸入）浸入NaCl溶液溶液
6、（）中为例。）中为例。Na+ICl-I=Na+Cl-Na+=Cl-Na+I=Cl-I+RSO3-I Cl-II2=Cl-I2+Cl-I RSO3-I Na+II2=Na+I2-Na+I RSO3-I电渗电渗析器析器的组的组装示装示意图意图36 半透膜半透膜8.3.1 8.3.1 反渗透反渗透(RO)(RO)原理原理反渗透膜的透过机理反渗透膜的透过机理8.3.1 8.3.1 反渗透反渗透(RO)(RO)原理原理醋酸纤维素膜的结构示意图99 表皮层，孔径表皮层，孔径（820）1010m过渡层，孔径过渡层，孔径 2001010m多孔层，孔径多孔层，孔径（10004000）1010m1%显显微微镜镜下
7、下膜膜的的照照片片进水进水透过水透过水浓缩水浓缩水耐压容器耐压容器透水板透水板半透膜半透膜特点：特点：结构简单，体积比结构简单，体积比管式的小。管式的小。（2）管式反渗透膜组件）管式反渗透膜组件 管式膜组件又分为内压式和外压式 单管式和管束式内压式管式膜组件的内部结构示意图内压式管式膜组件的内部结构示意图特点特点:水力条件好，安装、水力条件好，安装、清洗、维修比较方清洗、维修比较方便。便。能耐高压，可以处能耐高压，可以处理高粘度的原水。理高粘度的原水。缺点：缺点：膜的有效面积小，膜的有效面积小，装置体积大，而且装置体积大，而且两端要较多的联结两端要较多的联结装置装置。淡水淡水膜表皮层膜表皮层玻
8、璃纤维管玻璃纤维管进进水水束式外压式膜组件束式外压式膜组件 1 1档圈；档圈；2 2集水密封环；集水密封环；3 3聚氯乙烯烧结板；聚氯乙烯烧结板；4 4锥形多孔橡胶塞；锥形多孔橡胶塞；5 5密封管接头；密封管接头；6 6进水进水口；口；7 7壳体；壳体；8 8橡胶胆；橡胶胆；9 9出水口；出水口；1010膜膜元件；元件；1111网套；网套；1212O O形密封圈；形密封圈；1313档圈槽；档圈槽；1414淡水出口淡水出口（3 3）螺旋卷式反渗透膜组件）螺旋卷式反渗透膜组件 密封密封密封密封密封密封螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图多孔透水材料多孔透水材料膜，上下两
9、层膜，上下两层58 膜叶膜叶透水网状材料透过水透过水浓水浓水进水进水螺旋卷式膜组件组合示意图螺旋卷式膜组件组合示意图膜组件的组装示意图膜组件的组装示意图 进进水水口口耐压耐压容器容器连连接接器器膜膜组组件件密密封封圈圈端端盖盖透透过过液液浓浓缩缩液液FLASHFLASH工工业业应应用用的的反反渗渗透透装装置置工业工业应用应用的反的反渗透渗透装置装置的膜的膜组件组件之间之间的连的连接接中空纤维反渗透组件简图中空纤维反渗透组件简图 进水浓水浓水透过水透过水多孔进水管多孔进水管浓水出口浓水出口 淡水出口淡水出口密封密封中空纤维膜中空纤维膜 外径外径50200 内径内径2542密封密封耐压容器耐压容器
10、（4）中空纤维式反渗透膜组件）中空纤维式反渗透膜组件 反渗透膜工艺系统图反渗透膜工艺系统图 1-电解氯发生器；2-复层过滤器；3-过滤水槽；4-增压泵；5-内装式过滤器；6-第一级高压泵电机；7-中空纤维型组件；8-螺旋卷式组件；9-能量回收透平机；10-中间槽；11-第二级高压泵；12-室内设备一级一段的不同方式一级一段连续式一级一段连续式 一级一段循环式一级一段循环式 可保证出水水质，可保证出水水质，但水回收率低但水回收率低可以提高水的回收可以提高水的回收率，但出水水质有率，但出水水质有可能下降可能下降一级多段连续式一级多段连续式 水回收率高，浓缩液量少，浓度高，有利水回收率高，浓缩液量少
11、，浓度高，有利于回收其中的有用物质。但出水水质差。于回收其中的有用物质。但出水水质差。一级多段循环式 浓缩液浓度高，出水水质较好。浓缩液浓度高，出水水质较好。二级五段连续式第二级第二级 气体反冲洗状态内压膜清洗 NoImageNoImage外压膜清洗 中空纤维膜的中空纤维膜的清洗清洗 超过滤原理示意图超过滤原理示意图 超过滤简称超滤，它同反渗透一样，超过滤简称超滤，它同反渗透一样，都是利用膜来分离废水中溶解的物质。都是利用膜来分离废水中溶解的物质。超滤与反渗透的共同点：超滤与反渗透的共同点：两种过程的动力同是两种过程的动力同是溶液的压力溶液的压力，在，在溶液的压力下，溶剂的分子通过薄膜，溶液的
12、压力下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的物质被阻滞在膜表面上。而溶解的物质被阻滞在膜表面上。90 CMF技术技术应用应用 污水处理中水回用污水处理中水回用地下水、地下水、地表水净化地表水净化 大型大型RO系统系统 前预处理前预处理 海水淡化系统海水淡化系统 前级预处理前级预处理 饮料澄清除浊饮料澄清除浊膜过程膜过程推动力推动力传质机理传质机理透过物及其透过物及其尺寸尺寸截留物截留物膜类型膜类型电渗析电渗析电位差电位差离子选择性离子选择性透过透过溶解性无机溶解性无机物物非电解质非电解质大分子大分子离子交离子交换膜换膜反渗透反渗透压力差压力差2-10MPa溶剂的扩散溶剂的扩散水或溶剂水或溶剂溶质、盐、溶质、盐、SS非对称非对称膜膜超过滤压力差0.1-10.MPa筛滤及表面作用水、盐及低分子有机物胶体大分子、不容有机物非对称膜液膜液膜化学反应化学反应和浓度差和浓度差反应促进和反应促进和扩散扩散电解质离子电解质离子溶剂（非溶剂（非电解质电解质液膜液膜
