水的超滤幻灯片.ppt

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1、水的超滤第1页，共25页，编辑于2022年，星期一3.2 常用混凝澄清设备概述常用混凝澄清设备概述混合设备混合设备 泥渣循环型澄清池泥渣循环型澄清池 水力循环澄清池水力循环澄清池 气浮澄清池气浮澄清池 第2页，共25页，编辑于2022年，星期一3.3 过滤处理及常用的过滤设备过滤处理及常用的过滤设备过滤处理的作用过滤处理的作用：降低浊度、除去部分有机物、细菌、病毒等；过滤的基本概念过滤的基本概念：杂质脱离流体在滤料表面被截流（大颗粒）、吸附（小或带电）的过程。过滤工艺的类型过滤工艺的类型：按进水水质分为直接过滤、混凝澄清过滤、凝聚过滤；按水流方向分下流、上流、双流过滤；按滤层结构分单层、双层、

2、三层；阀门分单阀、双阀、无阀。滤料的种类滤料的种类：必须满足相应使用条件过滤的工作过程：周期性的反洗、正洗、过滤过滤的工作过程：周期性的反洗、正洗、过滤重力式无阀滤池：重力式无阀滤池：压力式过滤器压力式过滤器：第3页，共25页，编辑于2022年，星期一3.4 超（微）滤超（微）滤超滤：超滤：是以压力为推动力的膜分离技术之一。以大分子与小分子分离为目的。超滤起源于1748年，Schmidt用棉花胶膜或璐膜分滤溶液，当施加一定压力时，溶液（水）透过膜，而蛋白质、胶体等物质则被截留下来，其过滤精度远远超过滤纸，于是他提出超滤一语，1896年，Martin制出了第一张人工超滤膜，20世纪60年代，分子

3、量级概念的提出，是现代超滤的开始，70年代和80年代是高速发展期，90年代以后开始趋于成熟。我国对该项技术研究较晚，70年代尚处于研究期限，80年代末，才进入工业化生产和应用阶段。超滤根据所加的操作压力和所用膜的平均孔径的不同，可分为微滤、超滤和反渗透三种。第4页，共25页，编辑于2022年，星期一区别区别：微滤：膜孔径通常在0.11m之间，可以截流悬浮物、细菌、部分病毒、污染物及大尺寸胶体，微孔过滤所用的操作压通常小于4104 Pa。超滤：膜孔径通常在0.0020.1m之间。超滤所用操作压为4104 Pa7105 Pa，用于分离大分子溶质。反渗透：膜的平均孔径最小，一般为0.001m（1nm

4、）以下，所用的操作压比超滤更大，常达到35105 Pa140105 Pa，用于分离小分子溶质，如海水脱盐，制高纯水等。设计脱盐率为一般99%，实际脱盐偏低，5年后脱盐率一般低于97%本节主要介绍超滤技术，反渗透将在后面学习。第5页，共25页，编辑于2022年，星期一超滤技术的优点是操作简便，成本低廉，不需增加任何化学试剂，尤其是超滤技术的实验条件温和，与蒸发、冷冻干燥相比没有相的变化，而且不引起温度、pH的变化，因而可以防止生物大分子的变性、失活和自溶。在生物大分子的制备技术中，超滤主要用于生物大分子的脱盐、脱水和浓缩等。超滤法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制剂。对于蛋白质溶液，一般只能

5、得到1050的浓度。3.4.1 超滤技术的优点超滤技术的优点第6页，共25页，编辑于2022年，星期一超滤装置有板式、管式（内压列管式和外压管束式）、超滤装置有板式、管式（内压列管式和外压管束式）、卷式、中空纤维式等形式。卷式、中空纤维式等形式。超滤膜的结构可分成海绵状和指状孔，超滤膜的结构可分成海绵状和指状孔，海绵状的孔结构海绵状的孔结构压密性能比较好，指状结构的膜不耐压。压密性能比较好，指状结构的膜不耐压。浓差极化乃是膜分离过程的自然现象，如何将此现象浓差极化乃是膜分离过程的自然现象，如何将此现象减轻到最低程度，是超滤技术的重要课题之一。减轻到最低程度，是超滤技术的重要课题之一。目前采取的

6、措施有：目前采取的措施有：提高膜面水流速度，以减小提高膜面水流速度，以减小边界层厚度，并使被截留的溶质及时由水带走；边界层厚度，并使被截留的溶质及时由水带走；采取物理或化学的洗涤措施。采取物理或化学的洗涤措施。膜的皮层表面是具有很薄、致密的细孔皮层膜的皮层表面是具有很薄、致密的细孔皮层，因，因此当膜孔产生污堵，即造成了不可逆污染，通过膜此当膜孔产生污堵，即造成了不可逆污染，通过膜内孔的流道清洗污染是不可能的内孔的流道清洗污染是不可能的3.4.2 超滤装置的现状及存在的问题超滤装置的现状及存在的问题第7页，共25页，编辑于2022年，星期一中空纤维超滤膜均由高分子聚合物材料制成。膜断面结构为非对

7、称结构，即：膜表面具有很薄、致密的细孔皮层，皮层下由较厚、粗孔层所支撑，使其可承受水力压差。超滤过程是一种膜表面过滤过程。过程分离性能主要取于膜表面皮层的孔径公布。现有超滤膜均不是单一孔径，而是按一定孔径分布存在，其孔径从纳米至微米。各厂家生产不同孔径的膜，更确切的讲是生产了不同孔径分布的膜。显然，孔径分布越窄，其分离性能越佳。若膜的分离皮层存在过多或过大的孔，虽然膜的透水能力由于大孔提供更大的透量而增加，但是由于分离性能劣化，将导致产水水质下降、膜孔堵塞，膜通量衰减很快，反洗效率低，最终由于清洗困难而不能使用。因此，判断超滤膜优劣不仅视其水透过能力，更主要要看其孔径分布的宽狭和有无大孔缺陷的

8、存在。3.5、超滤膜、超滤膜第8页，共25页，编辑于2022年，星期一3.5.1 优质超滤膜的表征优质超滤膜的表征截流曲线A为质量好、孔径分布窄、大孔较少的超滤膜截留曲线B为质量差、孔径分布宽、大孔缺陷多的超滤膜第9页，共25页，编辑于2022年，星期一3.5.2 水处理常用的超滤膜材料水处理常用的超滤膜材料 膜的亲疏水性和电荷性会影响膜与溶质之 间作用力的大小，所以在设计膜装置之前应根据料液性质，在不同条件下对膜材料进行筛选。要求：机械强度好，亲水性能好，材料化学性能稳定，抗氧化性能强第10页，共25页，编辑于2022年，星期一3.5.3 常用的超滤膜材料的性能比较常用的超滤膜材料的性能比较

9、膜膜SPESCTA/CAPSPVDFPES*PAN*膜材料膜材料磺化聚醚砜磺化聚醚砜醋酸纤维素醋酸纤维素聚砜聚砜聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯聚醚砜聚醚砜聚丙烯腈聚丙烯腈接触角接触角(deg)4550505565-8174-8665705258水膨胀率水膨胀率(%)784.76.50.50.80.3-0.50.40.62.53.6牛血清蛋白牛血清蛋白吸附量吸附量(mg/m2)0.40.52.35.43.51.3带电性能带电性能(mV,PH7)-40-30-4.6-3.7-4.2-7.5PES*为没有改性的为没有改性的PAN*为改性后的为改性后的接触角越小材料越亲水，被污染后更容易恢复即所谓的抗污染性能越

10、好接触角越小材料越亲水，被污染后更容易恢复即所谓的抗污染性能越好第11页，共25页，编辑于2022年，星期一3.5.4 亲水性亲水性/非亲水性膜的比较非亲水性膜的比较第12页，共25页，编辑于2022年，星期一超滤膜应用中遇到最主要问题是由膜被污染造成的膜水通量超滤膜应用中遇到最主要问题是由膜被污染造成的膜水通量持续下降。大量实践表明，若膜表面呈亲水性，在水处理中它持续下降。大量实践表明，若膜表面呈亲水性，在水处理中它具有更好抗污染能力。当制膜材料为亲水材料（如醋酸纤维）具有更好抗污染能力。当制膜材料为亲水材料（如醋酸纤维）制成，这类膜被为亲水超滤膜。这类膜虽具有较好亲水性，但制成，这类膜被为

11、亲水超滤膜。这类膜虽具有较好亲水性，但其化学稳定性稍差，只允许在较狭其化学稳定性稍差，只允许在较狭PH范围内使用。范围内使用。聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯等疏水高分子聚合物材料制成的疏水膜，聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯等疏水高分子聚合物材料制成的疏水膜，其化学性能更为稳定，机械强度高，而被广泛采用。为改进疏水膜其化学性能更为稳定，机械强度高，而被广泛采用。为改进疏水膜的抗污染能力，现各厂家采用不同化学改性方法，使其原疏水膜改的抗污染能力，现各厂家采用不同化学改性方法，使其原疏水膜改性为偏亲水性。这类膜也被称为亲水超滤膜。目前，常被采用的多性为偏亲水性。这类膜也被称为亲水超滤膜。目前，常被采用的多属这类

12、改性的亲水超滤膜，其亲水改性程度因各厂家改性方法不同属这类改性的亲水超滤膜，其亲水改性程度因各厂家改性方法不同而不同。而不同。3.5.5 常见问题常见问题第13页，共25页，编辑于2022年，星期一3.5.6 各典型超滤膜运行方式及单元设置1.NORIT，（内压、卧式）；四组件串连壳式结构，两端进水中间出水，全流过滤；设水反洗系统，流向与过滤状态相反，间隔0.5h；设化学加强反洗CEB，间隔12h。2.海德能，（内压、立式）；膜元件为 壳式结构，可全流也可错流过滤；设置水反洗系统，空气增强反洗系统AEB（将纤维丝的孔径撑膨胀）化学加强反洗CEB，间隔12h。3.ZENON：外压浸入式、PVDF

13、帘式膜。反洗方式：气水合洗 维护性清洗：NaClO与HCl交替循环清洗，在线清洗 恢复性清洗：HCl循环清洗，膜列从系统中分离出来第14页，共25页，编辑于2022年，星期一3.6压力式超滤装置前置过滤器的选择第15页，共25页，编辑于2022年，星期一1.自清洗碟片式过滤器：过滤精度100m 200 m，自动反洗。2.管式滤芯式过滤器:PALL大流量滤芯，过滤方式同传统滤芯，需人工更换滤芯。3.袋式网格过滤器 由金属网篮支撑滤袋，液体由入口流进，经滤袋过滤后从出口流出，杂质被截在滤袋中，需人工更换滤袋。第16页，共25页，编辑于2022年，星期一盘片过滤装置第17页，共25页，编辑于2022年，星期一超滤装置第18页，共25页，编辑于2022年，星期一第19页，共25页，编辑于2022年，星期一第20页，共25页，编辑于2022年，星期一海德能膜组件第21页，共25页，编辑于2022年，星期一ZENON膜组件第22页，共25页，编辑于2022年，星期一诺瑞特膜组件第23页，共25页，编辑于2022年，星期一错流与死过滤的比较错流与死过滤的比较第24页，共25页，编辑于2022年，星期一内压操作的过滤方式内压操作的过滤方式原水原水透过透过水水浓缩水浓缩水透过水透过水中空中空丝丝膜膜过滤过程过滤过程反反洗水洗水反反洗排水洗排水反反洗水洗水第25页，共25页，编辑于2022年，星期一