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【分享】水处理——膜分离技术？

xing-xing

2010/07/09

1、概述
膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。溶剂透过膜的过程称为渗透(osmosis)。
溶质透过膜的过程称为渗析(dialysis)。
几种主要膜分离法的特点：
（1）膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。例如在现在的各种海水淡化方法中反渗透法能耗最低；
（2）膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩；
（3）装置简单，操作简单，控制、维修容易，且分离效率高。与其它水处理方法相比，具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点；
（4）由于目前膜的成本较高，所以膜分离法投资较高，有些膜对酸或碱的耐受能力较差。所以目前膜分离法在水处理中一般用于回收废水中的有用成分或水的回用处理。
2、电渗析（electrodialysis)
原理和工作过程
用特制的半透膜(semi-permeable membrane) 将浓度不同的溶液隔开，溶质即从浓度高的一侧透过膜而扩散(diffusion)到浓度低的一侧，这种现象称为渗析作用(dialysis)，也称扩散渗析、浓差渗析。
电渗析的原理是在直流电场的作用下，依靠对水中离子有选择透过性的离子交换膜(ion exchange membrane)，使离子从一种溶液透过离子交换膜进入另一种溶液，以达到分离、提纯、浓缩、回收的目的。
3、离子交换膜
离子交换膜具有与离子交换树脂相同的组成，含有活性基团和能使离子透过的细孔。常用的离子交换膜按其选择透过性可分为阳膜、阴膜、复合膜等数种。
阳膜(cation exchange membrane)含有阳离子交换基团，在水中交换基团发生离解，使膜上带有负电，能排斥水中的阴离子，吸引水中的阳离子并使其通过。
阴膜(anion exchange membrane)含有阴离子交换基团，在水中离解出阴离子，使膜上带正电，吸引阴离子并使其通过。
复合膜复合膜由一面阳膜和一面阴膜其间夹一层极薄的网布做成，具有方向性的电阻。当阳膜面朝向阴极，阴膜面朝向阳极时，正、负离子都不能透过膜，显示出很高的电阻。当膜的朝向与上述相反时，膜电阻降低，膜两侧相应的离子进入膜中。
4、电渗析器
电渗析器的组装依其应用不同而有所不同。其组装的情况是用级和段来表示的。
级：一对正、负电极之间的膜堆称为一级。
段：具有同一水流方向的并联膜堆称为一段。
电渗析法可以有效地回收废水中的无机酸、碱、金属盐及有机电解质等，使废水净化。
5、反渗透
（1）、反渗透(reverse osmosis, RO)原理
开始时两边液面相同，由于浓度差存在，半透膜又不允许溶质通过，所以水透过膜，使浓水一边液面升高，产生渗透压，在浓水边加压，当压力超过渗透压时，则水透过半透膜，即反渗透，实现净化过程。
（2）、反渗透膜及作用机理
反渗透膜应具有多种性能：
选择性好，单位膜面积上透水量大，脱盐率高；
机械强度好，能抗压、抗拉、耐磨；
热和化学的稳定性好，能耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀，耐水解、辐射和氧化；
结构均匀一致，尽可能地薄，寿命长，成本低。
反渗透膜的分类：
按成膜材料可分为有机膜和无机高聚物膜；
按膜的形状可分为平板状、管状、中空纤维状膜；
按膜结构可分为多孔性和致密性膜，或对称牲(均匀性)和不对称性(各向异性)结构膜；
按应用对象可分为海水淡化用的海水膜、咸水淡化用的咸水膜及用于废水处理、分离提纯等的膜。
反渗透膜的透过机理
1）氢键理论
该理论认为，水透过膜是由于水分子和膜的活化点形成氢键及断开氢键的过程。
即在高压作用下，溶液中水分子和膜表皮层活化点缔合，原活化点上的结合水解离出来，解离出来的水分子继续和下一个活化点缔合，又解离出下一个结合水。
水分子通过一连串的缔合－解离过程，依次从一个活化点转移到下一个活化点，直至离开表皮层，进入多孔层。
2)优先吸附－毛细管流理论
该理论把反渗透膜看作一种微细多孔结构物质，它有选择性吸附水分子而排斥溶质分子的化学特性。
当水溶液同膜接触时，膜表面优先吸附水分子，在界面上形成一层不含溶质的纯水分子层，其厚度视界面性质而异，或为单分子层或为多分子层。
在外压作用下，界面水层在膜孔内产生毛细管流连续地透过膜。

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