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文檔簡介
●膜
第八節膜法處理(chǔlǐ)
膜可以是固態的,也可以是液態的和氣態的。膜可以是均相的或非均相的,對稱的或非對稱的。膜可以是帶電的或中性的,而帶電膜又可以是帶正電或帶負電(fùdiàn)的,或二者兼而有之。膜可以是具有滲透性的,也可以是具有半滲透性的,但不能是完全不透過性的。膜可以存在于兩流體之間,也可以附著于支撐體或載體的微孔隙上,膜厚度應比表面積小得多。
膜是將兩相分開的一薄層物質。1、基本認識共四十一頁●膜分離法
分離溶質(róngzhì)時一般叫滲析;分離溶劑時一般叫滲透。
第八節膜法處理(chǔlǐ)
膜分離法可用于液相和氣相。對液相分離,可以用于水溶液體系、非水溶液體系、水溶膠體系以及含有其它微粒的水溶液體系等。以選擇性透過膜為分離介質,當膜兩側存在某、種推動力(如壓力差、濃度差、電位差等)時,原料側組分選擇性地透過膜,達到分離、提純、富集或分級目的的方法,統稱為膜分離法。1、基本認識共四十一頁●膜分離法分類(fēnlèi)
第八節膜法處理(chǔlǐ)根據推動力的不同,膜分離主要有下列幾種:濃度差:擴散滲析電位差:電滲析壓力差:反滲透
納濾
超濾
微濾1、基本認識共四十一頁●膜分離技術(jìshù)的特點第八節膜法處理(chǔlǐ)
(1)能耗較低。∵膜分離過程不發生相變。(2)在常溫下進行。因而特別適于對熱敏感的物質,如對果汁、酶、藥品等的分離、分級、濃縮與富集過程。(3)應用對象廣泛。不僅適用于有機物和無機物,從病毒、細菌到微粒的廣泛分離,而且還適用于許多特殊溶液體系的分離,如溶液中大分子與無機鹽的分離,一些共沸物或近沸點物系的分離等,而后者常規的蒸餾常常是無能為力的。(4)分離裝置簡單,操作容易且易控制,便于維修,分離效率高。作為一種新型的水處理方法與常規水處理方法相比,具有占地面積小,處理效率高等特點。1、基本認識共四十一頁2、滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)滲析法原理(yuánlǐ)濃差擴散共四十一頁2、滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)滲析方程(fāngchéng)共四十一頁2、滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)滲析的應用(yìngyòng)——
(1)人工腎共四十一頁2、滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)滲析的應用——(2)廢酸液的處理(chǔlǐ)與回收
上海硅鋼片廠與中科院上海有機所及上海冶金設計院合作,首次成功地采用了這種工藝,其具體工藝參數如下:
廢酸成分擴散液(滲析液)成分
H2S04200—220g/L
H2S04140~160g/LFeSO4180~200g/LFeSO4
不大于10g/LH2SO4回收率:78%~95%,一般不小于85%透酸速率:不小于70g/m2h
廢酸處理負荷q0:不小于0.44L/m2.h
共四十一頁2、滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)滲析的應用(yìngyòng)——(2)廢酸液的處理與回收
分離后的FeSO4可以作為水處理混凝劑使用,也可以用隔膜電解法回收鐵粉。該法的主要特點是在廢酸處理與回收中不消耗能源,而且回收的酸還可以再返回酸洗工藝中使用,質量符合生產要求,工藝簡單,操作方便,使用壽命長。我國使用最廣泛的滲析膜最初是強堿性陰離子交換膜S-203,現為聚偏氟乙烯均相膜F201,其使用壽命達4年以上。由浙江寧波鎮海環保設備廠生產的各種規格擴散滲析器,已供應市場。日本產酸滲析膜有德山曹達的DFM膜和旭硝子的DMV膜。共四十一頁3、電滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)電滲析法原理(yuánlǐ)
在直流電場作用下,以電位差為推動力,利用陰、陽離子交換膜對溶液中的陰、陽離子的選擇透過性,把電解質從溶液中分離出來,從而實現溶液的淡化、濃縮、精制或純化的目的。
共四十一頁3、電滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)電滲析法原理(yuánlǐ)
●電滲析過程是電解和滲析擴散過程的組合。
●核心:離子交換膜的選擇透過性共四十一頁3、電滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)電滲析法原理(yuánlǐ)
共四十一頁3、電滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)電滲析法原理(yuánlǐ)
離子交換膜的選擇透過機理:①雙電層理論②唐南膜平衡理論共四十一頁3、電滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)電滲析法原理(yuánlǐ)
陰極:還原反應:2H++2e→H2↑
陰極室溶液呈堿性,結垢陽極:氧化反應:4OH-→O2↑+2H2O+4e
或2Cl-→Cl2↑+2e
陽極室溶液呈酸性,腐蝕
特點:只能將電解質從溶液中分離出去。不能去除有機物等。共四十一頁3、電滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)離子交換(lízǐjiāohuàn)膜按其結構分為:異相膜、均相膜。異相膜:離子交換樹脂磨成粉末,加入粘合劑,滾壓在纖維網上。均相膜:離子交換樹脂的母體材料制成連續的膜狀物,作為底膜,然后在上面嵌接上活性基團。★按離子選擇性分:陽離子交換膜(一般為聚苯乙烯磺酸型):R-SO3H,在水中電離后,呈負電性陰離子交換膜(聚苯乙烯季胺型):R-CH2N(CH3)3OH,電離后,呈正電性
共四十一頁3、電滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)電流效率與極限(jíxiàn)電流密度①電流效率
η=實際去除的鹽量m1/理論去除量m2
100%m1=q(C1-C2)tMB/1000q:一個淡室的出水量,L/sC1、C2:進、出水含鹽量,mmol/Lt:通電時間,sMB:物質的摩爾質量依據法拉第定律:m2=ItMB/FF:法拉第常數I:電流強度,A共四十一頁3、電滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)電流效率與極限(jíxiàn)電流密度②極限電流密度
如果電流密度過大—發生濃差極化現象
電流傳導靠Na+
和Cl-電流總量=Cl-電量+Na+電量
Cl-電遷移數(總電量中所占比例)=0.5Na+電遷移數(總電量中所占比例)=0.5
但在陰膜中,由于鈉離子不能通過,氯離子的遷移數為1,為此補充此差需要動用邊界層中的氯離子,致使邊界層與主流層之間存在濃度差。當電流密度i過大時,C’趨于0,水分子開始電離,參加遷移,此時發生濃差極化現象—極限電流密度共四十一頁3、電滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)電流效率與極限(jíxiàn)電流密度②極限電流密度
極限電流密度的確定:電壓-電流法③極化與結垢:極化現象主要發生在陽膜的淡室一側,沉淀主要發生在陰膜濃室一側。防止措施:1)極限電流法,在極限電流的70-90%下運行;2)倒換電極;3)定期酸洗共四十一頁3、電滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)應用(yìngyòng)——(1)除鹽
電滲析水處理技術,一般作為制取除鹽水或作為制備純水及高純水的前處理(或稱預處理)較為經濟。直接制取純水和高純水不經濟的,但用填充床電滲析,則可直接制取高純水。電滲析目前用于水處理的除鹽范圍在各國不盡相同:美國原水含鹽量在200-5000mg/L;日本原水含鹽量在500-10000mg/L,1000-8000mg/L最經濟;前蘇聯原水含鹽量在3000-8000mg/L最合適;我國
另外,原水在進入電滲析之前,還要進行過濾,以除去水中的懸浮物和膠體雜質,除鐵、錳及有機物等,以保證電滲析水處理過程能穩定運行。共四十一頁3、電滲析
第八節膜法處理(chǔlǐ)例:堿法及硫酸鹽法造紙黑液
電滲析法治理技術(我國東北某廠)
在電滲析器中黑液的處理可達到三個目的:
從陰極室得到了純凈的火堿,在陽極室OH-放電產生O2和H+,能氧化降低COD,又能降低pH值。經電滲析回收(huíshōu)堿以后的黑液:無機物回收(huíshōu)為有用的NaOH,有機物同時被氧化成代有-C00H的化合物,pH從14以上降到6左右,Na2Si03脫水變成SiO2沉淀到槽底。此時,將黑液的有機物用絮凝劑進行絮凝,提取木質素有機肥料(腐質酸含量50%以上),數量可達到lt肥/1t紙。黑液中的木素有機物,還可提取木鈣水泥減水劑。經上述處理的廢水,為微黃色透明,而COD、pH、懸浮物均已達到國家排放標準。應用——(2)廢水處理共四十一頁4、反滲透
第八節膜法處理(chǔlǐ)滲透壓和反滲透原理(yuánlǐ)共四十一頁共四十一頁4、反滲透
第八節膜法處理(chǔlǐ)
在濃液一邊加上比自然滲透壓更高的壓力,扭轉(niǔzhuǎn)自然滲透方向,把濃溶液中的溶劑(水)壓到半透膜的另一邊稀溶液中,這種和自然界正常滲透過程相反的滲透,稱為反滲透。滲透壓和反滲透原理共四十一頁4、反滲透
第八節膜法處理(chǔlǐ)滲透壓:當用一張半透膜將純水和鹽水分開,純水會透過半透膜向鹽水擴散,使鹽水側溶液水面升高,直到動態平衡。滲透的推動力就是滲透壓,這是正滲透。任何(rènhé)溶液都存在滲透壓π,只是一般沒表現出來。
π=iRTCi:范特霍爾系數
C:溶液的濃度當在鹽水側施加壓力P>π,反滲透。一般壓力在幾十公斤。滲透壓和反滲透原理共四十一頁4、反滲透
第八節膜法處理(chǔlǐ)反滲透膜★性能指標脫鹽率=(C0-C)/C0×100%,一般高達90%以上。透水率(L/m2.d)膜種類(zhǒnglèi):醋酸纖維素膜(CA)芳香族聚酰胺膜結構:表皮層、過渡層、多孔支撐層共四十一頁4、反滲透
第八節膜法處理(chǔlǐ)反滲透膜反滲透機理:尚不十分清楚。
選擇性吸附-毛細管流機理:由于膜表面的親水性,優先吸附水分子而排斥鹽分子,因此在膜表皮層形成兩個水分子(1nm)的純水層,施加壓力,純水層的分子不斷通過毛細管流過反滲透膜。控制表皮層的孔徑非常重要,影響脫鹽效果和透水性,一般為純水層厚度的一倍時,稱為膜的臨界孔徑,可達到(dádào)理想的脫鹽和透水效果。共四十一頁4、反滲透
第八節膜法處理(chǔlǐ)應用共四十一頁4、反滲透
第八節膜法處理(chǔlǐ)應用共四十一頁4、反滲透
第八節膜法處理(chǔlǐ)反滲透裝置的幾種(jǐzhǒnɡ)型式共四十一頁4、反滲透
第八節膜法處理(chǔlǐ)反滲透裝置(zhuāngzhì)的幾種型式共四十一頁4、反滲透
第八節膜法處理(chǔlǐ)反滲透裝置(zhuāngzhì)的幾種型式共四十一頁4、反滲透
第八節膜法處理(chǔlǐ)反滲透裝置(zhuāngzhì)
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