1、反渗透、纳滤,膜分离技术,膜分离：在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术，是根据生物膜对物质选择性通透的原理所设计的一种对包含不同组分的混合样品进行分离的方法。分离中使用的膜是根据需要设计合成的高分子聚合物，分离的混合样品可以是液体或气体。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，具有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征。 主要的膜分离技术：包括微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、透析（DA）、电渗析（ED）、电脱盐（EDI）、渗透汽化（PV）、膜萃取（ME）、膜蒸馏（MD）、液膜技术（LM）和气体分离（GS）等下面主要介
2、绍反渗透和纳滤技术,一、反渗透,反渗透又称逆渗透，是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压，就可以使大于渗透压的反渗透达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。,反渗透的原理,反渗透过程应用,反渗透是最精密的膜法液体分离技术，它能阻挡所有溶解性盐及分子量大于 100 的有机物，但允许水分子透过。醋酸纤维素反渗透膜脱盐率一般可大于 95%，反渗透复合膜脱盐率一般大于 98%。反渗透技术广泛用于海水及苦咸水淡化，锅炉给水、工业纯水及电子级超纯水制备，饮用纯净水生产，废水处理及特种分离等过程，在离子交换前使用反渗透可大幅度地降低
3、操作费用和废水排放量。,反渗透膜分离技术具有以下特点：1.在常温不发生相变化的条件下，可以对溶质和水进行分离，适用于对热敏感物质的分离、浓缩，并且与有相变化的分离方法相比，能耗较低；2.杂质去除范围广，不仅可以去除溶解的无机盐类，而且还可以去除各类有机物杂质；3.脱盐率高；4.由于只是利用压力作为膜分离的推动力，因此分离装置简单，易操作、控制和维护；,反渗透的脱盐机理,反渗透主要应用于脱除水中的盐分，其脱盐机理到目前还没有一个公认的统一解释，目前存在两种主要理论：优先吸附毛细孔流模型和溶解扩散模型。优先吸附毛细孔流理论认为水分子在膜表面形成纯水层，而膜上存在非常细小的孔，纯水可以通过这些孔透过
4、膜；而溶解扩散理论认为水分子可以通过膜中的分子节点扩散到另一侧。这两个理论都认为水分子在固液界面上被优先吸附并通过，相反盐类和其他的物质被截留。水与膜表面之间有弱的化学结合力，使得水能够在膜的结构中扩散。,反渗透膜,材质：醋酸纤维膜（CA膜）芳香聚酰胺膜（PA膜）复合膜无机膜,醋酸纤维素类膜的优点是制作比较容易，价廉，耐游离氯，膜表面光洁，不易结垢或污染等；缺点是应用PH范围窄，易水解、操作压力偏高，性能衰减较快等；芳香族聚酰胺类复合膜的优点是脱盐率高通量大，应用PH范围宽，耐生物降解、操作压力要求低等；缺点是不耐氧化，氧化后性能急剧衰减，抗结垢和污染能力差等,反渗透膜的结构,反渗透膜元件,反
5、渗透膜元件包括板框式、管式、卷式、中空纤维式；其中板框式装置比较笨重，单位体积内膜面积较小，且对膜的强度要求较高；管式传质效果好，清洗方便，但单位体积内膜面积较小膜管连接件多，安装较复杂；卷式单位体积内有效膜面积大，膜表面流动状态好结构紧凑，占地面积少膜强度高，膜破坏后要更换新的膜元件，清洗不方便；中空纤维式单位体积内有效膜面积最大，工作效率最大，占地最小膜无须支撑装置空心纤维细，水透过时阻力损失较大，膜清洗较困难，只能用水力与化学清洗中空纤维破坏后无法修补。可以分为外压式、内压式,二、纳滤,纳滤：最早被称为疏松反渗透，纳滤是一种特殊而又很有前途的分离膜品种，以压力差为推动力，介于反渗透和超滤
6、之间的截留水中粒径为纳米级颗粒物的一种膜分离技术。它因能截留物质的大小约为 1 纳米（0.001 微米）而得名，它截留有机物的分子量大约为 200400 左右，截留溶解性盐的能力为 2098%之间，对单价阴离子盐溶液的脱除率低于高价阴离子盐溶液，如氯化钠及氯化钙的脱除率为 2080%，而硫酸镁及硫酸钠的脱除率为 9098%。纳滤膜一般用于去除地表水的有机物和色度，脱除井水的硬度及放射性镭，部分去除溶解性盐，浓缩食品以及分离药品中的有用物质等。,纳滤基本原理,纳滤与反渗透没有明显的界限。纳滤膜对溶解性盐或溶质不是完美的阻挡层，这些溶质透过纳滤膜的高低取决于盐份或溶质及纳滤膜的种类，透过率越低，纳
7、滤膜两侧的渗透压就越高，也就越接近反渗透过程，相反，如果透过率越高，纳滤膜两侧的渗透压就越低，渗透压对纳滤过程的影响就越小。,纳滤的特点,它有两个显著特征：一个是其截留分子量介于RO和UF之间，为2002 000，因而推测NF的表面分离层可能有1nm左右的微孔结构，即具有纳米级孔径；另一个是NF膜对无机盐有一定的截留率，因为它的表面分离层由聚电解质所构成（大多是复合型膜），对离子有静电相互作用。受膜与离子间Donnan效应的影响，NF膜对不同价态的离子截留能力不同。对于阴离子，截留率为NO3-Cl-OH-SO42-CO32-对于阳离子，截留率为H+Na+Ca2+Mg2+,纳滤膜,材质纤维素类聚
8、酰胺类聚砜类（聚砜、聚醚砜、磺化聚砜等）聚酯类,纳滤膜元件,同反渗透膜元件一样，纳滤膜元件主要有4种形式： 卷式（最常见，主要用于脱盐及超纯水的制备）中空纤维式（水的软化）板框式（处理粘度较大的料液）管式（处理含悬浮物、高粘度的料液）,纳滤的应用,1、水处理方面的应用：纳滤膜一般可用于去除Ca2+、Mg2+等硬度成分、三卤甲烷中间体（致癌物的一种前驱物）、异味、色度、农药、可溶性有机物及蒸发残留物质，并在低压下实现水的软化及脱盐。 2、在食品加工方面的应用：乳品加工，果汁浓缩，酵母生产，低聚糖的精制和分离等 3、在染料工业中的应用：膜分离技术在染料脱盐、纯化、浓缩等方面的应用发展很快，对改善商
9、品染料品质作用显著，并能降低能耗。可用于提高各类染料，如酸性染料、活性染料、直接染料等的纯度，制备性能更优良的液体染料和固体染料。 4、在医药方面的应用：抗生素的生产，维生素B12的回收 ，多肽的浓缩与分离，中成药的生产； 5、废水处理中的应用:造纸废水的处理，纺织工业废水的处理，电镀废水的处理，化学工业废水的处理等。,三、反渗透和纳滤的过程,根据反渗透和纳滤原理可知，渗透和反渗透及纳滤必须与具有允许溶剂(水分子)透过的半透膜(反渗透膜或纳滤膜)联系在一起才有意义，才会出现渗透现象和反渗透或纳滤操作。反渗透膜：允许溶剂分子透过而不允许溶质分子透过的一种功能性的半透膜称为反渗透膜；纳滤膜：允许溶
10、剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜称为纳滤膜；膜元件：将反渗透或纳滤膜膜片与进水流道网格、产水流道材料、产水中心管和抗应力器等用胶粘剂等组装在一起，能实现进水与产水分开的反渗透或纳滤过程的最小单元称为膜元件；膜组件：膜元件安装在受压力的压力容器外壳内构成膜组件；膜装置：由膜组件、仪表、管道、阀门、高压泵、保安滤器、就地控制盘柜和机架组成的可独立运行的成套单元膜设备称为膜装置，反渗透和纳滤过程通过该膜装置来实现； 膜系统：针对特定水源条件和产水要求设计的，由预处理、加药装置、增压泵、水箱、膜装置和电气仪表连锁控制的完整膜法水处理工艺过程称为系统。,影响反渗透和纳滤膜性能的
11、因素,产水通量和脱除率是反渗透和纳滤过程中的关键参数，针对特定系统条件，水通量和脱除率是膜的本征特性，而膜系统的水通量和脱除率则主要受压力、温度、回收率、进水含盐量等影响。,回收率： 指膜系统中给水转化成为产水或透过液的百分率。膜系统的设计是基于预设的进水水质而定的，设置在浓水管道上的浓水阀可以调节并设定回收率。回收率常常希望最大化以便获得最大的产水量，但是应该以膜系统内不会因盐类等杂质的过饱和发生沉淀为它的极限值。 脱盐率： 通过反渗透膜从系统进水中除去总可溶性的杂质浓度的百分率，或通过纳滤膜脱除特定组份如二价离子或有机物的百分数。 透盐率： 脱盐率的相反值，它是进水中溶解性的杂质成份透过膜
12、的百分率。 渗透液： 经过膜系统产生的净化产水。 流 量： 流量是指进入膜元件的进水流率，常以每小时立方米（m3/h）或每分钟加仑表示（gpm）。浓水流量是指离开膜元件系统的未透过膜的那部分的“进水”流量。这部分浓水含有从原水水源带入的可溶性的组份，常以每小时立方米（m3/h）或每分钟加仑表示（gpm）。 通 量： 以单位膜面积透过液的流率，通常以每小时每平方米升（l/m2h）或每天每平方英尺加仑表示（gfd）。 稀溶液： 净化后的水溶液，为反渗透或纳滤系统的产水。 浓溶液： 未透过膜的那部分溶液，如反渗透或纳滤系统的浓缩水。,压力的影响,透过膜的水通量增加与进水压力的增加存在直线关系，增加进
13、水压力也增加了脱盐率，但是两者间的变化关系没有线性关系，而且达到一定程度后脱盐率将不再增加。,温度的影响,膜系统产水电导对进水温度的变化非常敏感，随着水温的增加，水通量几乎线性地增大，这主要归功于透过膜的水分子的粘度下降、扩散能力增加。增加水温会导致脱盐率降低或透盐率增加，这主要是因为盐分透过膜的扩散速率会因温度的提高而加快所致。,盐浓度的影响,渗透压是水中所含盐分或有机物浓度和种类的函数，盐浓度增加，渗透压也增加，因此需要逆转 自然渗透流动方向的进水驱动压力大小主要取决于进水中的含盐量。如果压力保持恒定，含盐量越高，通量就越低，渗透压的增加抵销了进水推动力水通量降低，增加了透过膜的盐通量（降低了脱盐率）,回收率的影响,如果回收率增加（进水压力恒定），残留在原水中的含盐量更高，自然渗透压将不断增加直至与施加的压力相同，这将抵销进水压力的推动作用，减慢或停止反渗透过程，使渗透通量降低或甚至停止,典型的反渗透和纳滤应用,1、海水淡化2、苦咸水淡化3、纯水和超纯水制备4、反渗透脱水浓缩5、纳滤膜软化6、纳滤纯化和浓缩7、反渗透法废液处理,
