1、環境工程環境工程 第五節第五節 膜分離技術膜分離技術 半透膜：在溶液中凡是一種或幾種成分不半透膜：在溶液中凡是一種或幾種成分不能透過，而其他成分能透過的膜。能透過，而其他成分能透過的膜。 膜分離法：是用一種特殊的半透膜將溶液膜分離法：是用一種特殊的半透膜將溶液隔開，使溶液中的某種溶質或者溶劑（水）隔開，使溶液中的某種溶質或者溶劑（水）滲透出來，從而達到分離溶質的目的滲透出來，從而達到分離溶質的目的。 根據膜的不同種類及不同的推動力，根據膜的不同種類及不同的推動力，膜分膜分離法可分為離法可分為：擴散滲析、電滲析、反滲析、擴散滲析、電滲析、反滲析、超濾超濾環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環

2、境工程 膜法的特點：膜法的特點：可在一般溫度下操作，不消可在一般溫度下操作，不消耗熱能，沒有相的變化；設備可工廠化生產；耗熱能，沒有相的變化；設備可工廠化生產；容易操作等。容易操作等。缺點是處理能力小；缺點是處理能力小；需消耗相需消耗相當的能量（擴散滲析除外）當的能量（擴散滲析除外）。 膜分離技術中，物質透過薄膜需要動力，膜分離技術中，物質透過薄膜需要動力，常利用的有三種動力：（常利用的有三種動力：（1）分子擴散作用；）分子擴散作用；（2）電力；（）電力；（3）壓力。）壓力。 反滲透法和超濾要把水加壓，用電力的是反滲透法和超濾要把水加壓，用電力的是電滲析法，依靠分子自然擴散的是擴散滲析電滲析法

3、，依靠分子自然擴散的是擴散滲析法。法。環境工程環境工程環境工程環境工程 一、電滲析一、電滲析 1、原理：電滲析是在直流電場的作用下，、原理：電滲析是在直流電場的作用下，利用陰陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的利用陰陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性（即陽膜只允許陽離子通過，陰選擇透過性（即陽膜只允許陽離子通過，陰膜只允許陰離子通過），而使溶液中的溶質膜只允許陰離子通過），而使溶液中的溶質與水分離的一種物理化學過程。與水分離的一種物理化學過程。 電滲析系統由一系列陰、陽膜置放于兩電滲析系統由一系列陰、陽膜置放于兩電極之間組成電極之間組成 環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境

4、工程環境工程+陽極陽極陰極陰極Cl-Na陽膜陽膜陽極室陽極室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa濃縮室淡化室淡化室濃縮室陰極室陰極室陰膜陰膜陽膜陽膜陰膜陰膜環境工程環境工程 電滲析通電后，在兩個電極上會發生電化電滲析通電后，在兩個電極上會發生電化學反應，以學反應，以NaCl溶液為例，在陽極上其反應溶液為例，在陽極上其反應為：為： 2Cl-2e=Cl2H2O=H+ + OH-4OH- -4e=O2+2H2O產生的氯氣又有一部分溶于水中：產生的氯氣又有一部分溶于水中：Cl2+H2O=HCl+HClO HClO=HCl+O環境工程環境工程 由此可見，由此可見，陽極反應有氧氣和

5、氯氣產生陽極反應有氧氣和氯氣產生，氯氣溶于水又產生氯氣溶于水又產生HCl及初生態氧及初生態氧O，陽，陽極呈酸性反應極呈酸性反應，應當注意陽極的氧化和腐，應當注意陽極的氧化和腐蝕問題。蝕問題。在陰極上：在陰極上： H2O=H+ + OH- 2H+2e=H2 Na+OH-=NaOH環境工程環境工程 在陰極室由于在陰極室由于H+的減少、放出氫氣的減少、放出氫氣,極水極水呈堿性反應呈堿性反應,當極水中含有當極水中含有Ca2+、Mg2+和和HCO3-等離子時，會生成等離子時，會生成CaCO3和和Mg(OH)2等沉淀物，等沉淀物，在陰極上發生結垢。在陰極上發生結垢。 在極室中應注意及時排除電極反應產物，在

6、極室中應注意及時排除電極反應產物，以保證電滲析過程的正常安全運行。考慮到以保證電滲析過程的正常安全運行。考慮到陰膜容易損壞，并陰膜容易損壞，并為防止為防止Cl-離子透過陰膜進離子透過陰膜進入陽極室，所以在陽極附近一般不用陰膜，入陽極室，所以在陽極附近一般不用陰膜，而改用陽膜或惰性多孔保護膜而改用陽膜或惰性多孔保護膜。環境工程環境工程 環境工程環境工程 淡室為離子減少的隔室，其出水為淡室為離子減少的隔室，其出水為淡水淡水。 濃室為離子增多的隔室，其出水為濃室為離子增多的隔室，其出水為濃水濃水。 極室為與電極接觸的隔室，其出水為極室為與電極接觸的隔室，其出水為極水極水。 對于一般的給水處理，得到的

7、為淡水，濃對于一般的給水處理，得到的為淡水，濃水排走；水排走； 對于工業廢水處理，淡水可無害化排放或對于工業廢水處理，淡水可無害化排放或重復利用；濃水則可回收有用物質。重復利用；濃水則可回收有用物質。 環境工程環境工程2、常用的膜、常用的膜 異相膜異相膜：將離子交換樹脂磨成粉：將離子交換樹脂磨成粉末，加入粘合劑，滾壓在纖維網末，加入粘合劑，滾壓在纖維網上，也有直接滾壓成膜的。上，也有直接滾壓成膜的。 按膜體結構分類按膜體結構分類均相膜均相膜：與一般離子交換樹脂具有：與一般離子交換樹脂具有同樣的組成，它是將制造離子交換同樣的組成，它是將制造離子交換樹脂的母體材料制成連續的膜狀物，樹脂的母體材料制

8、成連續的膜狀物，作為底膜，然后在上面嵌接上具有作為底膜，然后在上面嵌接上具有交換能力的活性基因。交換能力的活性基因。 半均相膜半均相膜環境工程環境工程 離子交換膜是電滲析器的關鍵部件，良好離子交換膜是電滲析器的關鍵部件，良好的電滲析膜具備的條件：的電滲析膜具備的條件：（1）高的離子選擇透過性，即陽膜只允許陽）高的離子選擇透過性，即陽膜只允許陽離子透過，陰膜則相反。離子透過，陰膜則相反。（2）滲水性低；）滲水性低；（3）導電性好，膜電阻低。膜電阻越小，電）導電性好，膜電阻低。膜電阻越小，電滲析所需電壓越低。滲析所需電壓越低。環境工程環境工程（4）化學穩定性良好，能耐酸、堿、抗氧、）化學穩定性良好

9、，能耐酸、堿、抗氧、抗氯。緊靠正、負電極的膜多用抗腐蝕性較抗氯。緊靠正、負電極的膜多用抗腐蝕性較強的陽膜。強的陽膜。（5）足夠的機械強度，較小的收縮性、溶漲）足夠的機械強度，較小的收縮性、溶漲性，以適應使用和安裝。性，以適應使用和安裝。環境工程環境工程 3、設備：、設備： 電滲析器包括：壓板、電極托板、電極、電滲析器包括：壓板、電極托板、電極、極框、陽膜、陰膜、隔板甲、隔板乙等。極框、陽膜、陰膜、隔板甲、隔板乙等。 隔板用于隔開陰、陽膜，是水流的通道，隔板用于隔開陰、陽膜，是水流的通道，有配水孔、布水槽、流水道以及攪動水流有配水孔、布水槽、流水道以及攪動水流用的隔網。用的隔網。環境工程環境工程

10、環境工程環境工程 電極材料常用鉛板或石墨、不銹鋼和鈦電極材料常用鉛板或石墨、不銹鋼和鈦圖釕等。圖釕等。 電滲析器的組裝方式有幾種。電滲析器的組裝方式有幾種。 一對正、負電極之間稱一級，具有同一一對正、負電極之間稱一級，具有同一水流方向的并聯膜稱一段水流方向的并聯膜稱一段。 在一臺裝置中膜的對數（陰、陽膜隔一在一臺裝置中膜的對數（陰、陽膜隔一張成為一對）可在張成為一對）可在120對以上。對以上。 環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程 4、應用、應用 不適合處理濃度較高的廢水。不適合處理濃度較高的廢水。 苦咸水（小于苦咸水（小于10g/L）的除鹽是電滲析最）的除鹽是電滲

11、析最主要的用途。可作為離子交換制純水的預處主要的用途。可作為離子交換制純水的預處理，使離子交換柱的生產能力提高，增長交理，使離子交換柱的生產能力提高，增長交換周期，節省再生劑的用量，操作簡便。換周期，節省再生劑的用量，操作簡便。環境工程環境工程（1）電滲析法海水淡化電滲析）電滲析法海水淡化電滲析 原水原水101過濾器過濾器精密過濾器精密過濾器電滲析電滲析裝置裝置中空纖維超濾器中空纖維超濾器紫外線殺菌器紫外線殺菌器成成品水品水 （2）電滲析法回收酸洗廢水中的硫酸和鐵）電滲析法回收酸洗廢水中的硫酸和鐵（3）電滲析法處理芒硝廢水）電滲析法處理芒硝廢水 原水原水機械過濾器機械過濾器精密過濾器精密過濾器

12、電滲析電滲析裝置裝置陽離子交換器陽離子交換器脫氣塔脫氣塔陰離子交換陰離子交換器器成品水成品水環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程 二、反滲析二、反滲析 1、原理：、原理：用一種半透膜將淡水和鹽水隔開，用一種半透膜將淡水和鹽水隔開，該膜只讓水分子通過，而不讓溶質通過。由于淡該膜只讓水分子通過，而不讓溶質通過。由于淡水中水分子的化學位比鹽水中水分子的化學位高，水中水分子的化學位比鹽水中水分子的化學位高，所以淡水中的水分子自發地通過膜而滲流入鹽水所以淡水中的水分子自發地通過膜而滲流入鹽水中，一直到鹽水側的水位上升到一定高度為止，中，一直到鹽水側的水位上升到

13、一定高度為止，此高度稱為鹽水的滲透壓此高度稱為鹽水的滲透壓。如在鹽水側施加壓力。如在鹽水側施加壓力P，當，當P=時，則水分子在膜兩側通過的數目相等，時，則水分子在膜兩側通過的數目相等，達到平衡狀態。當壓力達到平衡狀態。當壓力P時，則鹽水中的水分子時，則鹽水中的水分子將流向淡水中去，使鹽水增濃，這就是反滲透現將流向淡水中去，使鹽水增濃，這就是反滲透現象。象。 滲透壓是區別溶液與純水性質之間差別的一種滲透壓是區別溶液與純水性質之間差別的一種標志，以壓力來表明。標志，以壓力來表明。環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程環境工程 環境工

14、程環境工程 2、反滲透裝置、反滲透裝置反滲透膜有醋酸纖維膜、聚酰胺膜兩種。反滲透膜有醋酸纖維膜、聚酰胺膜兩種。常用的裝置：管式、螺旋式、空心纖維常用的裝置：管式、螺旋式、空心纖維式、板式。式、板式。P105，表，表2-15環境工程環境工程 3、應用、應用（1）水的淡化）水的淡化（2）除鹽）除鹽（3）制取純水）制取純水（4）去除水中的細菌和病毒）去除水中的細菌和病毒反滲透裝置前必須有充分的預處理裝置。反滲透裝置前必須有充分的預處理裝置。 環境工程環境工程 三、超濾三、超濾 依靠壓力和膜進行工作。依靠壓力和膜進行工作。 制膜原料：醋酸纖維素或聚砜酰胺，因制膜原料：醋酸纖維素或聚砜酰胺，因刪去熱處理

15、工序，使制成的超濾膜的孔較大，刪去熱處理工序，使制成的超濾膜的孔較大，能夠在較小的壓力下工作，而且有較大的通能夠在較小的壓力下工作，而且有較大的通水量。水量。環境工程環境工程 超濾的機理：超濾的機理：除了有小孔的篩分作用，除了有小孔的篩分作用，它可不受滲透壓力的阻礙之外，對于高分子它可不受滲透壓力的阻礙之外，對于高分子溶質，還與溶質溶質，還與溶質水水膜之間的相互作膜之間的相互作用有關。膜對物質的拒斥性，取決于它們的用有關。膜對物質的拒斥性，取決于它們的分子大小、形狀與性質。超濾一般用來分離分子大小、形狀與性質。超濾一般用來分離分子量大于分子量大于500的物質，如細菌、蛋白質、的物質，如細菌、蛋白質、顏料、油類等。顏料、油類