课程模块五：污水再生利用 教学单元2：生产高品质再生水（1） 《水污染控制技术》 课程模块五：污水再生利用 教学单元2：生产高品质再生水（1）

课 程 安 排 1. 了解膜分离技术在废水再生处理过程中的应用； 2. 熟悉超滤、反渗透等工艺原理和技术路线； 3. 掌握超滤、反渗透技术制备纯水工艺要点。 《水污染控制技术》 5-2 天津渤海职业技术学院

5.2.1 膜技术简介 《水污染控制技术》 5-2 天津渤海职业技术学院

主要内容 膜分离技术定义及分类 膜的应用 膜分离法的优缺点 膜处理技术在废水资源回用中的意义 《水污染控制技术》 5-2 天津渤海职业技术学院

导 入 膜分离技术 从20世纪初到20世纪90年代，膜技术基本已经从实验室步入工业化，并在水处理、食品工业、环境保护、化工与石油化工、电子、冶金、国防……等领域得到成功的应用。目前全球膜产业的规模超过百亿美元，且以年30％的速度递增。 《水污染控制技术》 5-2 天津渤海职业技术学院

浓缩：目的产物以低浓度形式存在，因此需要除去溶剂；（截留物为产物）； 膜的用途 浓缩：目的产物以低浓度形式存在，因此需要除去溶剂；（截留物为产物）； 纯化：除去杂质； 分离：将混合物分成两种或多种目的产物； 反应促进：把化学反应或生化反应的产物连续取出，能提高反应速率或提高产品质量。 《水污染控制技术》 5-2 天津渤海职业技术学院

膜 膜 的 应 用 海水淡化 工业废水处理 城市废水资源化 天然气 生物质利用 燃料电池 能源 水资源 传统工业 生态环境 CO2 控制 除尘 洁净燃烧 食品 石化 电 子 制药 《水污染控制技术》 5-2 天津渤海职业技术学院

膜技术的工业应用 工业领域 应用举例 金属工艺 金属回收；污染控制；富氧燃烧 纺织制革工业 余热回收；药剂回收；污染控制 造纸工业 代替蒸馏；污染控制；纤维及药剂回收 食品生化工业 净化；浓缩；消毒；代替蒸馏；副产品回收 化学工业 有机物除去或回收；气体分离；药剂回收 医药及保健 人造器官；控制释放；血液分离；消毒；水净化 水处理 海水、苦咸水淡化；超纯水制备；电厂锅炉用水净化；废水处理 国防工业 舰艇淡水供应；战地医院污水净化；低放射性水处理 《水污染控制技术》 5-2 天津渤海职业技术学院

膜 分 离 技 术 膜分离技术的分类 膜分离技术节能效果显著、设备简单、操作方便、容易控制。 方法 推动力 膜的类型 用途 电渗析 电位差 离子交换膜 分离离子 反渗透 压力差 反渗透膜 分离小分子溶质 超滤 超过滤膜 分离大分子 滤膜 反应促进和浓度差 液膜 应用于医药，化工等方面 《水污染控制技术》 5-2 天津渤海职业技术学院

膜分离法的优缺点 优点： 操作可在常温下进行; 不发生相变; 不消耗热能; 装置简单,操作容易,易控制,易维修,分离效率高。 缺点: 处理能力较小; 除扩散渗析外,需消耗相当的能量。 《水污染控制技术》 5-2 天津渤海职业技术学院

微污染的地面水源,较多地使用超滤和纳滤技术 膜分离技术在水处理方面应用 被称为当今获得优质饮用水的重要技术之一 21 世纪的水处理技术 地下水源较广泛地使用微滤和超滤技术 微污染的地面水源,较多地使用超滤和纳滤技术 《水污染控制技术》 5-2 天津渤海职业技术学院

5.2.2 超 滤 《水污染控制技术》 5-2 天津渤海职业技术学院

超滤膜是一种具有超级“筛分”分离功能的多孔膜。它的孔径只有几纳米到几十纳米，也就是说只有一根头发丝的1‰！ 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

超滤膜 　　 超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚偏氟乙烯 (PVDF)、聚醚砜 (PES)、聚丙烯 (PP)、聚乙烯(PE)、聚砜(PS)、聚丙稀腈(PAN)、聚氯乙稀(PVC) 等。 聚偏氟乙烯和聚醚砜成为目前最广泛使用的超滤膜材料。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

重点内容 超滤技术 超滤装置 超滤工艺机理 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

超滤技术是一种膜滤法,也有错流过滤之称。它能从周围含有微粒的介质中分离出10~100A的微粒,这个尺寸范围内的微粒,通常是指液体内的溶质。 5.2.2 超 滤—超滤技术 　　 超滤技术是一种膜滤法,也有错流过滤之称。它能从周围含有微粒的介质中分离出10~100A的微粒,这个尺寸范围内的微粒,通常是指液体内的溶质。 其基本原理是在常温下以一定压力和流量,利用不对称微孔结构和半透膜介质,依靠膜两侧的压力差作为推动力,以错流方式进行过滤,使溶剂及小分子物质通过,大分子物质和微粒子如蛋白质、水溶性高聚物、细菌等被滤膜阻留,从而达到分离、分级、纯化、浓缩目的的一种新型膜分离技术。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

超滤膜根据膜材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜。 5.2.2 超 滤—超滤装置 一、超滤膜的分类 　　 超滤膜根据膜材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜。 　　　有机膜 　　 有机膜主要是由高分子材料制成，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯等等。 　　　无机膜 　　 无机膜中，陶瓷超滤膜在家用净水器中应用比较多。陶瓷膜寿命长，耐腐蚀，但出水有土味。中空纤维超滤膜填充密度大，有效膜面积大，纯水通量高，操作简单易清洗等优势，被广泛应用于家用净水行业。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

5.2.2 超 滤—超滤装置 按膜的外形特征可将超滤膜分为 ①平板膜； ②管式超滤膜，内径 ＞lOnm； 5.2.2 超 滤—超滤装置 按膜的外形特征可将超滤膜分为 　　①平板膜； 　　②管式超滤膜，内径 ＞lOnm； 　　③毛细管式超滤膜，内径O.50～10.00nm； 　　④中空纤维超滤膜，内径＜0.5nm； 　　⑤多孔超滤膜。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

对称超滤膜是各向同性的，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤； 5.2.2 超 滤—超滤装置 　 超滤膜的结构有对称和非对称之分。　 对称超滤膜是各向同性的，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤； 　非对称超滤膜具有较致密的表层和以指状结构为主的底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底层厚度为200～250微米，属于表层过滤。工业使用的超滤膜一般为非对称膜。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

5.2.2 超 滤—超滤装置 二、超滤装置 　　 超滤装置是在一个密闭的容器中进行,以压缩空气为动力,推动容器内的活塞前进,使样液形成内压,容器底部设有坚固的膜板。小于膜板孔径直径的小分子,受压力的作用被挤出膜板外,大分子被截留在膜板之上。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

5.2.2 超 滤—超滤装置 ① 无搅拌式超滤 装置比较简单,只是在密闭的容器中施加一定压力,使小分子和溶剂分子挤压出膜外,无搅拌装置浓度极化较为严重,只适合于浓度较稀的小量超滤。 ② 搅拌式超滤 是将超滤装置位于电磁搅拌器之上,超滤容器内放人一支磁棒。在超滤时向容器内施加压力的同时开动磁力搅拌器,小分子溶质和溶剂分子被排出膜外,大分子向滤膜表面堆积时,被电磁搅拌器分散到溶液中。这种方法不容易产生浓度极化现象,提高了超滤的速度。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

5.2.2 超 滤—超滤装置 ③ 中空纤维超滤 　　 膜板式超滤装置截留面积有限,中空纤维超滤是在一支空心柱内装有许多中空纤维的毛细管,两端相通,管的内径一般在0.2mm左右,有效面积可以达到1cm2,每一根纤维毛细管像一个微型透析袋,极大地增大了渗透的表面积,提高了超滤的速度。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

5.2.2 超 滤—超滤装置 三、超滤设备及工作原理 超滤设备，就是以超滤膜为核心产品，利用多孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中一定大小的杂质颗粒。在压力驱动下，溶液中水、有机低分子、无机离子等尺寸小的物质可通过纤维壁上的微孔到达膜的另一侧，溶液中菌体、胶体、颗粒物、有机大分子等大尺寸物质被截留，从而达到筛分溶液中不同组分的目的。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

　　超滤设备以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。其分子切割量（CWCO）一般为6000到50万，孔径为100nm（纳米）。 　　超滤所用的膜为非对称膜，其表面活性分离层平均孔径约为10-200，能够截留分子量为500以上的大分子与胶体微粒，所用操作压差在0.1—0.5MPa。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

石油化学和食品工业的萃取过程，用超滤回收溶剂；例如从重碳氢化合物中分离低碳氢化合物； 5.2.2 超 滤—超滤膜在化学工艺上的应用 　　 超滤膜分离可取代传统工艺中的自然沉降，板框过滤，真空转鼓，离心分离，溶媒萃取，树脂提纯，活性炭脱色等工艺过程。该过程为常温操作，无相态变化，不产生二次污染。 　　 石油化学和食品工业的萃取过程，用超滤回收溶剂；例如从重碳氢化合物中分离低碳氢化合物； 　　 在天然产品和医药用产品的潜在应用是将产品生产和超滤分离相结合；如将超滤与酶糖化作用结合，生产葡萄糖。与化学络合反应结合，生产生物活性物质。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

　　超滤膜的清洗 　　 膜必须进行定期清洗，以保持一定的膜透过通量，并延长膜的寿命。 　　 清洗方法一般根据膜的性质和处理料液的性质来确定。通常和反渗透相类似，即先以水力清洗，而后根据情况采用不同的化学洗涤剂进行清洗，例如对电涂材料可以选用含离子的增溶剂，对水溶性有机涂料可以用“桥键”型溶剂。 食品工业中蛋白质沉淀可以用朊酶溶剂或磷酸盐、硅酸盐为基础的碱性去垢剂。膜表面由无机盐形成的沉淀可用EDTA之类的螯合剂或酸、碱加以溶解。对于不同的膜组件，可以选用不同的清洗方法，如管式组件可以用海绵球进行机械清洗，中空纤维式组件可以用反向冲洗等。对于食品工业用膜还需进行消毒处理。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

超滤膜的清洗 　　 　在淡化过程中使用的膜由于其结构（平板膜等）的限制，通常不能反向冲洗。因为反洗会造成膜脱层或膜分解。因此在这样的系统中要不断地将浓缩液抽走。 　　 超滤反洗用水为超滤产水，因为反洗水带进的悬浮物将会集聚在支撑结构内而随后不断释放出颗粒、细菌和TOC等，所以原水不适宜做反洗用水。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

超滤膜没有使用前一般都是浸入保护液中进行密封保存以防止湿态膜脱水后产生收缩，膜孔变小，使膜结构破坏，水通量下降。 超滤膜的保存 　　超滤膜没有使用前一般都是浸入保护液中进行密封保存以防止湿态膜脱水后产生收缩，膜孔变小，使膜结构破坏，水通量下降。 　　一、短期保存：超滤膜如暂停使用时（少于10天时间）应对超滤膜杀菌反冲洗一次，在反冲洗水中加入15ppm（ml/L）的HY-240杀菌剂后再将超滤膜的进水阀、排放阀和调节阀关闭，保持超滤膜的密封和灭菌作用。 　　二、长期保存：超滤膜如长期停止使用时（超过10天），先对超滤膜进行杀菌反冲洗一次，然后在超滤膜内注入HY-310保护液后密封保存（最好是RO水）。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

超滤技术的优缺点 与传统分离方法相比，超滤技术具有以下特点： 　　与传统分离方法相比，超滤技术具有以下特点： 　　1.超滤过程是在常温下进行，条件温和无成分破坏，因而特别适宜对热敏感的物质，如药物、酶、果汁等的分离、分级、浓缩与富集。 　　2. 超滤过程不发生相变化，无需加热，能耗低，无需添加化学试剂，无污染，是一种节能环保的分离技术。 　　3. 超滤技术分离效率高，对稀溶液中的微量成分的回收、低浓度溶液的浓缩均非常有效。 　　4. 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，一般只能得到10～50％的浓度。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

净水器行业是超滤应用比较广泛的一个行业。家用超滤净水器，是目前市场上主流的净水器产品。它的核心部件是超滤膜。 我国超滤膜市场应用与发展前景 　　 净水器行业是超滤应用比较广泛的一个行业。家用超滤净水器，是目前市场上主流的净水器产品。它的核心部件是超滤膜。 目前在国内水工业市场，超滤技术已在电力、钢铁、化工等工业废水处理领域得到较多应用。随着经济社会发展，大规模废水处理工程将越来越多，为超滤膜技术开辟了广阔的市场空间。 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院

长期不用的情况下，如何对超滤膜进行保存？ 超滤技术的发展前景如何？ 习 题 习题： 为什么原水不能用做超滤膜反洗用水？ 长期不用的情况下，如何对超滤膜进行保存？ 超滤技术的发展前景如何？ 《水污染控制技术》5-2 天津渤海职业技术学院