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膜分离技术
发布时间 : 2013-2-28 浏览次数 : 3880

膜分离技术受到世界各技术先进国家的高度重视,近30年来,美国、加拿大、日本和欧洲技术先进国家,一直把膜技术定位为高新技术,投入大量资金和人力,促进膜技术迅速发展,使用范围日益扩大。膜分离技术的发展和应用,为许多行业,如纯水生产、海水淡化、苦咸水淡化、电子工业、制药和生物工程、环境保护、食品、化工、纺织等工业,高质量地解决了分离、浓缩和纯化的问题,为循环经济、清洁生产提供依托技术。

1. 膜分离技术简介
1.1. 膜的定义
膜是一种起分子级分离过滤作用的介质,当溶液或混和气体与膜接触时,在压力下,或电场作用下,或温差作用下,某些物质可以透过膜,而另些物质则被选择性的拦截,从而使溶液中不同组分,或混和气体的不同组分被分离,这种分离是分子级的分离。

1.2. 膜分离技术的定义
把上述的膜制成适合工业使用的构型,与驱动设备(压力泵、或电场、或加热器、或真空泵)、阀门、仪表和管道联成设备。在一定的工艺条件下操作,就可以来分离水溶液或混和气体。透过膜的组分被称为透过流分。这种分离技术被称为膜分离技术。

1.3. 膜的种类
分离膜包括:反渗透膜(0. 0001~0. 005μm) ,纳滤膜(0. 001 ~ 0. 005μm) 超滤膜(0. 001 ~ 0. 1μm) 微滤膜(0. 1~1μm) 、电渗析膜、渗透气化膜、液体膜、气体分离膜、电极膜等。他们对应不同的分离机理,不同的设备,有不同的应用对象。膜本身可以由聚合物,或无机材料,或液体制成,其结构可以是均质或非均质的,多孔或无孔的,固体的或液体的,荷电的或中性的。膜的厚度可以薄至100μm ,厚至几毫米。不同的膜具有不同的微观结构和功能,需要用不同的方法制备。制膜方法一直是膜领域的核心研究课题,也是各公司严格保密的核心技术。


2. 反渗透(纳滤)技术
2.1. 反渗透简介
反渗透,英文为Reverse Osmosis,是花费数亿美元并经过多年的精心研制而成的高科技水处理技术。这种薄膜分离技术,是依靠渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。渗透是一种物理现象。反渗透就是在有盐份的水中(如原水)施加比自然渗透压力更大的压力,使水由浓度高的一方渗透到浓度低的一方,把原水中的水分子压到膜的另一边变成纯净水,而原水中的细微杂质、胶体、有机物、重金属、细菌、病毒及其他有害物质都统统截留下来并经污水出口排放掉。由于反渗透膜的孔径仅0.0001微米,一个细菌要缩小4000倍,过滤性病毒也要缩小200倍以上才能通过,所以其有效去除率高达96%以上。

2.2. 反渗透的水质
反渗透纯水系统根据不同的源水水质采用不同的工艺。一般自来水经一级反渗透系统处理后,产 水电导率<10μS/cm,经二级反渗透系统后产水电导率<5μS/cm甚至更低,在反渗透系统后辅以离子交换设备或EDI设备可以制备超纯水,使电阻率达到18

2.3. 反渗透应用领域
电子工业用水........集成电路、硅晶片、显示管等电子元器件冲洗水
制药行业用水........大输液、针剂、片剂、生化制品、设备清洗等
化工行业工艺用水....化工循环水、化工产品制造等
电力行业锅炉补给水..火力发电锅炉、厂矿中低压锅炉动力系统
食品工业用水........饮用纯净水、饮料、啤酒、白酒、保健品等
海水、苦咸水淡化....海岛、舰船、海上钻进平台、苦咸水地区
饮用纯净水..........房产物业、社区、企事业单位等
其它工艺用水........汽车、家电涂装、镀膜玻璃、化装品、精细化学品等

3. 超滤技术
3.1. 超滤技术简介
超滤是一种流体切向流动和压力驱动的过滤过程并按分子量大小来分离颗粒。超滤膜的孔径大约在 0.002 至 0.1 微米范围内(MWCO 约为 1,000-500,000)。溶解物质和比膜孔径小的物质将能作为透过液透过膜滤,不能透过滤膜的物质被慢慢浓缩于排放液中。因此产水(透过液)将含有水,离子,和小分子量物质,而胶体物质,颗粒,细菌,病毒和原生动物将被膜去除。超滤膜可反复使用并可用普通的清洗剂清洗。

3.2. 超滤膜的过滤原理
超滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程,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。参见下图。

超滤原液一般指需要净化、分离或浓缩的溶液,透过液指原液中透过超滤膜而被滤除大分子溶质的那部分液体,浓缩液则是原液中因分离出透过液而剩余的高浓度溶液。在净化水工程中,原液是指原水进水,透过液即为净化水按进水方式的不同,中空纤维超滤膜又分为内压式和外压式两种排放的废水。

3.3. 超滤的分类
一个中空纤维超滤膜组件主要是由成百到上千根细小的中空纤维丝和膜外壳两部分组成,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,因此不易被大颗粒物质堵塞,更适用于过滤原液浓度较大的场合。按进水方式的不同,中空纤维超滤膜又分为内压式和外压式两种,在此主要介绍内压式3.4. 内压式中空超滤
即原液先进入中空丝内部,经压力差驱动,沿径向由内向外渗透过中空纤维成为透过液,浓缩液则留在中空丝的内部,由另一端流出,其流向参见下图所示:其中环氧树脂端封的作用是在中空纤维膜丝的端头密封住膜丝之间的间隙,从而使原液与透过液分离,防止原液不经过膜丝过滤而直接渗入到透过液中。

自来水从滤芯端面进入到超滤膜内后,在正常水压的作用下,净水从超滤膜管壁渗出,而泥沙、铁锈、胶体、细菌、悬浮物、大分子有机物等有害物质被截留在超滤膜管内,并在用户使用直通自来水或对滤芯进行冲洗和反冲洗时从直通自来水出口排出。内压式中空纤维超滤特点
1) 内压式毛细管膜结构,垂直交叉湍流过滤,冲洗方便彻底,滤芯不易堵塞。
2) 安装、操作简单,采用净水互冲法冲洗彻底,产水衰减率低,水通量恢复迅速。
3) 水的利用率高,回收率可做到95%。
4) 常温低压下实现自动分离,能耗低,运行费用低,维护简单。


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