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膜分离设备

点击次数:156  发布时间:2020-06-09

膜分离是利用薄膜以分离水溶液中某些物质的方法的统称。废水处理中目前常用的方法有渗析法、电渗析法、反渗透法及超滤法等,其基本特性如表5-2。

膜分离技术有以下共同特点:分离过程不发生相变,因此能量转化效率高;分离在常温下进行,特别适合于热敏性物料,如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩;适用范围广,分离效率高;装置紧凑、占地省,操作简单,易于自动化。

一、渗析法

人们很早就发现,一些动物膜,如膀胱膜、羊皮纸(一种把羊皮刮薄做成的纸),有分隔水溶液中某些溶质的作用。例如,食盐能透过羊皮纸,而糖、淀粉树胶等则不能。这种具有选择性的膜叫半透膜,而利用半透膜的选择渗透性来分离或浓缩溶质的方法就叫渗析法。

二、电渗析法

(一)电渗析原理

电渗析是在直流电场力作用下,以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择渗透性(与膜电荷相反的离子透过膜,相同的离子则被膜截留),使溶液中的离子作定向移动以达到脱除或富集电解质的膜分离操作。其中所用的离子交换膜有两种,只允许阳离子通过的膜称为阳膜,只允许阴离子通过的膜称为阴膜。

在常规的电渗析器内两种膜成对交替平行排列,如图5-29 所示,膜空间构成一个个小室,两端加上电极,施加电场,电场方向与膜平面垂直。

 

表5-2  几种主要的膜分离过程

 

渗析

电渗析

超滤

反渗透

分离目的

大分子溶质溶液脱小分子

水脱盐、离子浓缩

脱除大分子

水脱盐、溶质浓缩

推动力

浓度差

电位差

压力差0.1~1MPa

压力差1~10MPa

分离机理

筛分微孔膜内溶质受阻扩散

反离子经离子交换膜定向移动

筛分及表面作用

溶剂的扩散传递

透过组分

小分子溶质

电解质离子

小分子溶液

溶剂、中性小分子

截流组分

大分子和SS

非电解质、大分子物质

大分子溶质

SS、大分子、盐

膜类型

非对称性膜、离子交换膜

离子交换膜

非对称性膜

非对称性膜或复合膜

图5-29 电渗析过程示意图

含盐料液均匀分布于各室中,水中的带电离子在直流电场的作用下定向迁移。如在图中2室中左边为阳膜,右边为阴膜,电场方向从左向右。此时,隔室中的阳离子便向阴极移动,遇到右边的阴膜,被截留。阴离子向阳极移动,遇到左边的阳膜也被截留。而其相邻两侧室中,左室1内阳离子可以通过阳膜进入2室,右室3内阴离子也可以通过阴膜进入2室,这样2室的离子浓度增加,故称浓缩室。另一种隔室左边为阴膜,右边为阳膜。在此室内的阴、阳离子都可以通过阴、阳膜进入相邻的室,而相邻室内的离子却不能进入此室。这样室内离子浓度降低,故称为淡化室。

由于两种膜交替排列,浓缩室和淡化室也是交替存在。若将两股物流分别引出,就成为电渗析的两种产品。

 

(二)电渗析的特点

1.电渗析只对电解质的离子起选择迁移作用,而对非电解质不起作用;

2.电渗析除盐过程中没有物相的变化,因而能耗低:

3.电渗折过程中不需要从外界向工作液体中加入任何物质.也不使用化学药剂,因而

保证了工作液体原有的纯净程度,也没有对环境的污染,属于清洁工艺;

4.电渗析过程是在常温常压下进行的。

(三)电渗析流程

  电渗析器由膜堆、极区和夹紧装置三部分组成(如图5-30)。

   1.膜堆  位于电渗析器的中部,是由交替排列的浓、淡室隔板和阴膜及阳膜所组成,

是电渗析器除盐的主要部位。    

   2.极区  位于膜堆两侧,包括电极和极水隔板。极水隔板供传导电温和排除废气、废

浓之用,所以比较厚。

   3.夹紧装置  电渗析器有两种锁紧方式:压机锁紧和螺杆锁紧。大型电渗析器采用油

压机锁紧,中小型多采用螺杆锁紧。

   4.组装方式  有串联、并联及串—并联。常用“级”和“段”来表示,“级”是指电级对

的数目。“段”是指水流方向,水流通过一个膜堆后,改变方向进入后一个膜堆即增加一段。

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