膜分離設(shè)備
膜分離是利用薄膜以分離水溶液中某些物質(zhì)的方法的統(tǒng)稱,。廢水處理中目前常用的方法有滲析法、電滲析法,、反滲透法及超濾法等,,其基本特性如表5-2。
膜分離技術(shù)有以下共同特點(diǎn):①分離過程不發(fā)生相變,,因此能量轉(zhuǎn)化效率高,;②分離在常溫下進(jìn)行,特別適合于熱敏性物料,,如果汁,、酶、藥物等的分離,、分級(jí)和濃縮,;③適用范圍廣,分離效率高,;④裝置緊湊,、占地省,操作簡(jiǎn)單,,易于自動(dòng)化,。
一,、滲析法
人們很早就發(fā)現(xiàn),一些動(dòng)物膜,,如膀胱膜,、羊皮紙(一種把羊皮刮薄做成的紙),有分隔水溶液中某些溶質(zhì)的作用,。例如,,食鹽能透過羊皮紙,而糖,、淀粉樹膠等則不能,。這種具有選擇性的膜叫半透膜,而利用半透膜的選擇滲透性來分離或濃縮溶質(zhì)的方法就叫滲析法,。
二,、電滲析法
(一)電滲析原理
電滲析是在直流電場(chǎng)力作用下,以電位差為推動(dòng)力,,利用離子交換膜的選擇滲透性(與膜電荷相反的離子透過膜,,相同的離子則被膜截留),使溶液中的離子作定向移動(dòng)以達(dá)到脫除或富集電解質(zhì)的膜分離操作,。其中所用的離子交換膜有兩種,,只允許陽離子通過的膜稱為陽膜,只允許陰離子通過的膜稱為陰膜,。
在常規(guī)的電滲析器內(nèi)兩種膜成對(duì)交替平行排列,,如圖5-29 所示,膜空間構(gòu)成一個(gè)個(gè)小室,,兩端加上電極,,施加電場(chǎng),電場(chǎng)方向與膜平面垂直,。
表5-2 幾種主要的膜分離過程
| 滲析 | 電滲析 | 超濾 | 反滲透 |
分離目的 | 大分子溶質(zhì)溶液脫小分子 | 水脫鹽,、離子濃縮 | 脫除大分子 | 水脫鹽、溶質(zhì)濃縮 |
推動(dòng)力 | 濃度差 | 電位差 | 壓力差0.1~1MPa | 壓力差1~10MPa |
分離機(jī)理 | 篩分微孔膜內(nèi)溶質(zhì)受阻擴(kuò)散 | 反離子經(jīng)離子交換膜定向移動(dòng) | 篩分及表面作用 | 溶劑的擴(kuò)散傳遞 |
透過組分 | 小分子溶質(zhì) | 電解質(zhì)離子 | 小分子溶液 | 溶劑,、中性小分子 |
截流組分 | 大分子和SS | 非電解質(zhì),、大分子物質(zhì) | 大分子溶質(zhì) | SS、大分子,、鹽 |
膜類型 | 非對(duì)稱性膜,、離子交換膜 | 離子交換膜 | 非對(duì)稱性膜 | 非對(duì)稱性膜或復(fù)合膜 |
圖5-29 電滲析過程示意圖
含鹽料液均勻分布于各室中,水中的帶電離子在直流電場(chǎng)的作用下定向遷移,。如在圖中2室中左邊為陽膜,,右邊為陰膜,電場(chǎng)方向從左向右,。此時(shí),,隔室中的陽離子便向陰極移動(dòng),,遇到右邊的陰膜,被截留,。陰離子向陽極移動(dòng),,遇到左邊的陽膜也被截留。而其相鄰兩側(cè)室中,,左室1內(nèi)陽離子可以通過陽膜進(jìn)入2室,,右室3內(nèi)陰離子也可以通過陰膜進(jìn)入2室,,這樣2室的離子濃度增加,,故稱濃縮室。另一種隔室左邊為陰膜,,右邊為陽膜,。在此室內(nèi)的陰、陽離子都可以通過陰,、陽膜進(jìn)入相鄰的室,,而相鄰室內(nèi)的離子卻不能進(jìn)入此室。這樣室內(nèi)離子濃度降低,,故稱為淡化室,。
由于兩種膜交替排列,濃縮室和淡化室也是交替存在,。若將兩股物流分別引出,,就成為電滲析的兩種產(chǎn)品。
(二)電滲析的特點(diǎn)
1.電滲析只對(duì)電解質(zhì)的離子起選擇遷移作用,,而對(duì)非電解質(zhì)不起作用,;
2.電滲析除鹽過程中沒有物相的變化,因而能耗低:
3.電滲折過程中不需要從外界向工作液體中加入任何物質(zhì).也不使用化學(xué)藥劑,,因而
保證了工作液體原有的純凈程度,,也沒有對(duì)環(huán)境的污染,屬于清潔工藝,;
4.電滲析過程是在常溫常壓下進(jìn)行的,。
(三)電滲析流程
電滲析器由膜堆、極區(qū)和夾緊裝置三部分組成(如圖5-30),。
1.膜堆 位于電滲析器的中部,,是由交替排列的濃、淡室隔板和陰膜及陽膜所組成,,
是電滲析器除鹽的主要部位,。
2.極區(qū) 位于膜堆兩側(cè),包括電極和極水隔板,。極水隔板供傳導(dǎo)電溫和排除廢氣,、廢
濃之用,,所以比較厚。
3.夾緊裝置 電滲析器有兩種鎖緊方式:壓機(jī)鎖緊和螺桿鎖緊,。大型電滲析器采用油
壓機(jī)鎖緊,,中小型多采用螺桿鎖緊。
4.組裝方式 有串聯(lián),、并聯(lián)及串—并聯(lián),。常用“級(jí)”和“段”來表示,“級(jí)”是指電級(jí)對(duì)
的數(shù)目,。“段”是指水流方向,,水流通過一個(gè)膜堆后,改變方向進(jìn)入后一個(gè)膜堆即增加一段,。