超濾技術在工業廢水處理中的應用
簡介:超濾是迅速崛起的一門分離技術,它在環境保護的水處理中有著廣泛的應用。文章簡要介紹了超濾技術的發展現狀,並對超濾分離法在電泳漆、化學纖維、紡織、造紙、印鈔、釀造、製革、石油和食品工業廢水處理中的應用進行了綜述。
早在1861年Schmidt用牛心包膜截留阿拉伯膠,可作為世界上第一次超濾試驗,到1960年,在Loeb和Sourirajan試驗成功不對稱反滲透醋酸纖維素膜的影響下,1963年Michaels開發了不同孔徑的不對稱CA超濾膜。基於CA膜物化性質的限制,1965年開始,不斷有新品種的高聚物超濾膜問世,並很快商品化,1965-1975年是超濾工藝大發展的階段,膜材料從初期的不對稱CA膜擴大到現在的聚碸(PSF)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚碸(PES)以及各種高分子合金膜等,膜組件有板式、卷式和中空纖維等,在不同的生產過程中都已成功的應用[1]。目前所用超濾膜較多由高分子材料製成,隨著工業上超濾技術的應用和發展,以金屬、陶瓷、多孔硅鋁等材料製成的無機膜,在20世紀80年代初期至90年代獲得了重要發展。如1980-1985年期間,美國UCC公司開發的載體為多孔炭、外塗一層陶瓷氧化鋯的無機膜可用作超濾膜管,美國Alcoa/SCT公司開發的商品名為Membralox的陶瓷膜管,能承受反沖,可採用錯流(CrossFlow)操作[2]。用無機膜進行超濾,比常規的分離技術更加經濟有效。目前工業所用的無機膜幾乎全部是多孔陶瓷膜或以多孔陶瓷為支撐體的復合膜。隨著粉末技術的發展,很多優質價廉的燒結金屬微孔管投入市場,它具有易於和金屬構件組合、加工等優點。近年來,國外還有人燒結不銹鋼微孔管內壁燒結孔徑為0.1納米的TiO2薄層,構成Scepter不銹鋼膜[3]。
近30年是超濾技術迅速發展的時期,超濾技術被廣泛地應用於飲用水制備、食品工業、制葯工業、工業廢水處理、金屬加工塗料、生物產品加工、石油加工等。
1 工業廢水處理中的應用
目前膜法水處理技術在環境過程中的應用,主要是超濾、反滲透、滲析和電滲析等方法用於處理各工業廢水。超濾技術因其操作壓力低、能耗低、通量大、分離效率高,可以回收和回用有用物質和水,特別是通量大的特點,使得超濾成為廢水處理工程採用的主要膜分離技術。
1.1 電泳漆廢水
國外超濾技術的較大規模應用開始於70年代,當時就是主要用於電泳塗漆工業。廢水中的漆料是使用漆料總量的10%~50%,採用超濾技術處理電泳漆廢水不僅可以減少漆的損失和回用廢水,而且可以使有害無機鹽透過超濾膜從而提高了電泳漆的比電阻,調節和控制、漆液的組成,保證電泳塗漆的正常運行。70 年代初期主要用CA膜管式超濾器處理陽極電泳漆廢水,70年代後期,改用框式、卷式、中空纖維式超濾器處理陰極電泳漆廢水。國內一些汽車廠、電泳漆行業也採用超濾技術,如長春汽車轎車廠從Aomicon公司引進中空纖維式陰極電泳漆專用超濾器,由30根直徑7.62cm的膜組件並聯而成,總膜面積約75 cm2,處理能力為1.5 t/h,裝有循環液定時自動換向系統,以減少膜污染,延長膜清洗周期。北京某汽車廠原排放電泳漆廢水量為200 m3/d,工件帶出漆液量19.13 L/h,經用超濾法處理後,保證了電泳槽漆液的電阻率大於500 Ω/cm,維持了電泳漆的固體含量穩定,對電泳漆的截留率為97%~98%,排水量降到5 m3/d,節省了大量補充的去離子水[4]。中國科學院生態環境研究中心研製出荷正離子的中空纖維膜組件,對比實驗表明結果良好,與進口膜性能相近,可以用於生產。無錫超濾設備廠對有關的超濾膜進行開發,以共聚丙烯腈為膜材料,二甲基乙醯胺為溶劑,添加適量致孔劑製取的荷正電荷超濾膜透液量大,性能穩定,油漆截留率高,抗污染性能好,也已用於生產。我國許多廠家引進國外超濾裝置,所以用性能優良的國產荷電超濾膜裝置取代進口裝置成為現在的新目標。
1.2 化纖、紡織工業廢水
化纖工業中有多種廢水可用超濾法處理與回收。如回收聚乙烯醇(PVA),國外不少工廠已用於生產。日本某工廠採用8 cm2的管式超濾器將PVA原液由0.1%濃縮到10~15倍,進口壓力為3.92×105 Pa,出口壓力為1.96×105 Pa,進料溫度55~66℃,膜的水通量為100~140 L/ (cm2·h),對PVA的分離率為98.2%,每天回收PVA 20 kg,運行良好[5]。
染料廢水種類繁多,組成復雜,主要包括含鹽、有機物的有色廢水;氯化及溴化廢水;含有微酸和微鹼的有機廢水;含有銅、鉛、鉻、錳、汞等陽離子的有色廢水;含硫的有機物廢水。廢水量大,濃度高,色度高,毒性大,是治理難度最大的工業廢水之一。上海印染廠最早採用醋酸纖維外壓管式超濾裝置處理還原染料廢水並回收染料獲得成功,中科院環境化學所也完成了用聚碸超濾膜管式和中空纖維式裝置處理染料廢水的現場實驗,脫色率為95%~98%,COD去除率60%~90%,濃縮液含染料15~20 g/L,並被印染廠引用於生產[6]。
洗毛廢水是紡織工業污染最嚴重的廢水之一,洗毛廢水中含有大量的懸浮物、油脂和合成洗滌劑,其中主要污染物是羊毛脂。羊毛脂是日用化工、醫葯工業的原料,也是很好的防腐劑和潤滑劑,具有較高的經濟價值。傳統回收羊毛脂的方法回收率較低,而採用超濾技術處理洗毛廢水取得了好的效果。國內的許多毛紡廠和洗毛廠採用超濾法處理洗毛廢水工藝,該工藝包括預處理、超濾濃縮、離心分離和水回用四個系統,比傳統的離心工藝羊毛脂回收率提高1~2倍。具體操作工藝條件為[7]:料液溫度50 ℃,操作壓力0.12~0.35 MPa,膜表面流速3 m/s,膜平均水通量40 L/(cm2·h),濃縮倍數為3~6倍,結果油脂截留率為98%~99%,COD截留率為90%~98%。
1.3 造紙工業廢水
造紙工業耗水量極大,造紙廢水主要來源於去皮、漿化、洗凈、漂白、抄紙等工序。用超濾技術處理造紙廢水既可以對廢水中某些有用成分進行濃縮回收,又可將透過水回用。開山屯化纖漿廠是國內制漿造紙行業中第一家引進了具有國際80年代先進水平的大型超濾設備,並成功地用於亞硫酸鹽制漿廢液的處理,在此基礎上又用自製聚碸膜代替進口膜而取得成功,實驗證明達到了DDS公司生產的FSN61PP超濾膜的水平。工藝為:將廢液預熱升溫到50~70℃,打開進料閥,廢液經過過濾器進入儲罐內,超濾始終控制入口壓力0.6 MPa,出口壓力0.3 MPa,膜的工作溫度60~65 ℃,膜工作面積2.25 cm2。結果成品的木質素磺酸濃度大於95%,還原物去除率大於85%,固形物的率大於30%,達到了對廢液中高分子木質素磺酸的有效分離、純化以及濃縮的目的。日本於1981年採用NTU-3508超濾組件建成了日處理4000 m3的管式膜裝置,是世界上最大規模的裝置。我國目前已具備生產此類超濾和反滲透膜組件的能力,並迅速推廣[8]。
1.4 印鈔廢水
我國印鈔業擦板廢液的處理一直是困擾印鈔行業的老大難問題。中科院上海原子核研究所與上海印鈔廠、南昌印鈔廠、西安印鈔廠等合作,從1993年開始進行了用板式超濾器處理擦板廢液的工作,並對原有的HPL-Ⅱ(A)型超濾器進行了改進,研製成功適用於處理印鈔擦板廢液的HPL-Ⅱ(B)型板式超濾器。經超濾處理後,透過膜的清液不含油墨,鹼的含量不變,對COD的去除率為99%以上,對固含量為3%的擦板廢液可濃縮至12%,廢液的回收率為75%,且比採用中和法處理廢液省力省大量資金。
1.5 釀造工業廢水
味精廢液是含大量菌體等有機物、氯化物的粘性液體,COD高達70 000 mg/L,廢液的排放對環境造成嚴重的污染,同時廢液中還含有一些價值很高的代謝副產物。味精廠用CA、PS、PVC等超濾膜對味精廢液進行處理,其操作條件為:操作壓力0.25MPa,操作溫度25℃,超濾濃縮倍數5~6倍,處理結果表明:透過液清澈透明,菌體去除率達98%以上。透過液經管道輸入醬油廠用來生產味精醬油;對濃縮液進行超濾可得到含蛋白質和脂肪及核酸的價值很高的代謝副產物;超濾谷氨酸發酵液,透過液清澈透明,用來提取谷氨酸可提高純度和提取率[9]。
1.6含油廢水的處理
乳化油廢水是一種常見的工業廢水,超濾法處理乳化油廢水應用已有20多年。在1979年,西德已有超過250個超濾設備被用於濃縮乳化油,所用膜組件為管式、卷式和板式,1989年膜生產單位提高為能處理乳化油廢水的系列膜設備。採用荷電中空纖維膜處理含有氫氧化鈉、磷酸鹽、碳酸鈉、硼酸鈉、亞硝酸鈉和非離子或陰離子表面活性劑的乳化油廢水時,在溫度50℃,進口壓力0.12 MPa,出口壓力0.10 MPa時,透過液通量達25~33 L/(cm2·h),透過液含油量僅十幾mg/L。對於含有氫氧化鈉、鹽等水溶液和部分表面活性劑的透過液稍加調整即可回用脫脂。濃縮液進入油-水分離器,分離出來的油品可回收形成無排放體系。目前,上海寶鋼採用Abcor公司管狀膜的大型超濾設備來處理乳化油廢水。中科院上海原子核研究所選用PSF100型超濾膜採用3塊HPM型隔板並聯成板式超濾器,在料液流速1.6 m/s,平均壓力0.3 MPa,自然升溫等運行條件下,先後進行2次連續濃縮運行,結果表明:油分截留率大於99%,COD的去除率達到95%,體積濃縮比高,超濾平均通量為30 L/(cm2·h),處理乳化油廢液效果很好[10]。
含原油廢水中含油量通常為100~1000 mg/L,超過國家排放標准(10 mg/L),故排放前必須進行除油處理。可採用中空纖維超濾膜組件和超濾設備,在操作壓力為0.10 MPa,廢水溫度40℃,膜的透水速度可達60~120 L/(cm2·h),可以把含原油100~1000 mg/L的廢水處理達到環境排放標准10 mg/L以下,也使處理後的水質達到了低滲透油田的注水標准[11]。
金屬加工過程中產生大量的含有切削油、懸浮物和洗滌劑的廢水,必須進行處理才能排放。超濾處理可把廢水分離成兩部分:濃縮液中含有油和懸浮顆粒,透過液中幾乎不含油。用超濾與微濾聯合進行處理,先用微濾把油濃縮至10%,其中微濾膜的透水能力為250 L/(cm2·h),在進行超濾處理,可回收85%的清洗劑。用超濾處理鋼廠冷壓車間的壓延油廢水時,先用80目篩網過濾後,含油廢水進入循環槽,再經60目篩網過濾後進入超濾膜,超濾濃縮液進入油-水分離器,分離出的油含油量大於90%,可進行燃燒處理,分離出的水返回循環槽進行超濾處理。超濾透過液可循環使用,超濾過程中的透水量和透過液的油分濃度都很穩定,不受供給水中油分濃度的影響。
處理石油開采產生的含油廢水,可在油田用膜分離器中進行超濾與反滲透(或納濾)的組合操作。先使分離出的水進入中空纖維超濾膜,透過液再進入反滲透膜(或納濾膜),不但去除了懸浮物,還去除了溶解鹽和溶解油,以滿足特殊水質的要求。
用超濾處理各種乳化油廢水的開發還在進行,分離效率已基本解決,而要攻克的難關是膜的污染與清洗問題[12]。
1.7 製革工業廢水
製革工業脫毛用的原料主要是Na2S和石灰,其廢水產生量約占皮革污水總量的10%,且毒性大,硫化物含量達2 000~4 000 mg/L,懸浮物和濁度值都很大,是皮革工業中污染最為嚴重的廢水。在對廢水進行處理時,用超濾法分離其中蛋白質,採用磺化聚碸類膜進行超濾,把浸灰廢液的濃度提高5~10倍,膜不會出現堵塞現象,其處理效果優於一般凈化技術。
超濾可回收40%的Na2S、20%的石灰和68%~70%的液體,回收大量的蛋白質,據估算,每噸鹽腌皮可獲得30~40 kg的角蛋白,因而具有較好的經濟效益[13]。
1.8食品工業廢水
生產大豆分離蛋白質會產生大量的高濃度有機廢水,用超濾法處理起廢水,既可回收經濟價值很高的可溶性蛋白和低聚糖,又解決了環保問題,並且與傳統的處理方法相比,運行費用低,產出效益高,回收產品質量穩定,操作簡便。
馬鈴薯生產澱粉的廢液有機物含量高,COD通常在10 000 mg/L左右,國外應用超濾技術去除馬鈴薯澱粉排放廢水中的COD並濃縮回收可溶性蛋白質,國內也用膜裝置為聚碸(PS)和聚丙烯腈(PAN)中空纖維超濾膜組件進行實驗,工藝條件為:操作壓力0.10 MPa,進料流量70 L/h,室溫,超濾前調整料液pH 3.5左右(接近蛋白質等電點,截留率高)。實驗結果表明超濾效果較好,廢水的COD值由8 175 mg/L降為3 610mg/L,COD去除率為55.8%。膜污染後用40 ℃、0.1 mol/L的NaOH溶液來清洗,恢復率在90%左右[14]。
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B. 反滲透膜的發展趨勢怎麼樣
反滲透膜用處非常廣泛,很多行業都離不開它。最開始反滲透膜用處比較單一,但是隨著時間的發展,反滲透膜有更廣闊的發展空間。
反滲透膜是以脫鹽為目的開發的,對膜的要求也只是為分離無機鹽和水,隨著反滲透膜用途的擴大,目前已達到根據用途對膜的構造進行設計的階段。目前將傳統的中壓膜改為低壓膜或超低壓膜的動向非常活躍,其發展趨勢概括如下:
在脫鹽領域中,對於海水淡化由高壓(5-7 MPa)向超高壓(8-8.5 MPa)。對於鹹水淡化將向脫鹽(地下水、江河水)、廢水處理(工業廢水、城市污水)和超純水(電子工業用水、醫療用水)等三方面發展。對處理壓強將由中壓(3-4 MPa)向低壓(1-2 MPa)甚至超低壓(1 MPa以下)。同時在有用物質濃縮回收領域會有更大的發展。
目前,在海水淡化方面,利用復合膜成功的達到了高脫鹽率。在鹹水淡化方面,目前將傳統的中壓膜改為低壓膜或超低壓膜,並保持脫鹽率不變(或提高),可以說是時代的潮流。
反滲透膜工程應用的另一個發展方向是反滲透膜膜組器與超濾、微濾、納濾、EDI等組器的有機地組合應用,充分發揮各種膜分離技術的特性,形成一個完整的系統工程,達到濃縮、分離、提純的目的。
鑒於RO技術的最近進展,在不久的將來,該領域中可望有如下的發展:
一,將開發去除小的氯化物有機分子的聚合物膜。
二, 將開發分離烴混合物的無機RO膜。
三,以動力膜為基礎,將開發出無機和有機混合材料膜。
四,採用更先進的物理方法獲悉膜的結構及膜中的液體的結構。
五,以控制聚合物體球粒的尺寸及球粒中聚合物的密度來控制膜的孔尺寸。
六,聚合物球粒的概念也將被用於復合膜的設計。
七,在膜孔尺寸和聚合物-溶液相互作用基礎上,將發展更精確的傳遞理論。
八,由控制膜孔尺寸和膜溶質相互作用,將開發能將混合溶質分級的膜。
九, 膜污染將被膜的設計及膜組件的設計所控制。
十,RO和其它分離過程的混合分離系統將日益增長的滲入化學工業和有關工業,越來越多的將化學和生物反應與膜分離技術相結合。
C. 如何確定反滲透膜已經污染,何時最適合清洗
在正常運行一段時間後,反滲透膜元件會受到給水中可能存在的懸浮物或難溶鹽的污染,這些污染中最常見的是碳酸鈣沉澱、硫酸鈣沉澱、金屬(鐵、錳、銅、鎳、鋁等)氧化物沉澱、硅沉積物、無機或有機沉積混合物、NOM天然有機物質、合成有機物(如:阻垢劑/分散劑,陽離子聚合電解質)、微生物 (藻類、黴菌、真菌)等污染。污染性質和污染速度取決於各種因素,如給水水質和系統回收率。通常污染是漸進發展的,如不盡早控制,污染將會在相對較短的時間內損壞膜元件。當膜元件確證已被污染,或是在長期停機之前,或是作為定期日常維護,建議對膜元件進行清洗。
已受污染的反滲透膜的清洗周期根據現場實際情況而定。海德能公司建議,正常的清洗周期是每3-12個月一次
清洗反滲透膜元件的一般步驟:
一、用泵將干凈、無游離氯的反滲透產品水從清洗箱(或相應水源)打入壓力容器中並排放幾分鍾。
二、用干凈的產品水在清洗箱中配製清洗液。
三、將清洗液在壓力容器中循環1小時或預先設定的時間。
四、清洗完成以後,排凈清洗箱並進行沖洗,然後向清洗箱中充滿干凈的產品水以備下一步沖洗。
五、用泵將干凈、無游離氯的產品水從清洗箱(或相應水源)打入壓力容器中並排放幾分鍾。
六、在沖洗反滲透系統後,在產品水排放閥打開狀態下運行反滲透系統,直到產品水清潔、無泡沫或無清洗劑(通常15~30分鍾)。
詳細信息請參看海德能的公司主頁。
D. 反滲透膜原理是什麼及如何清洗
反滲透膜的原理:
反滲透膜的工作需要藉助外力對膜的一側的溶液施加壓力,當這個壓力超過它的滲透壓時,溶劑會逆著自然滲透的方向作反向滲透,在壓力的作用下反滲透膜的膜孔只有0.0001微米,一些雜質分子化學離子和細菌、真菌、病毒體等等不能通過,就會留在濃液溶的一側,然後排出。
從而在膜的低壓側可以得干凈的溶液,也就是滲透液。高壓側得到濃縮的溶液,就是濃縮液。若是用在海水淡化的行業,在膜的低壓的一側可以得到淡水,在高壓側得到的就是鹵水,由於反滲透膜使用簡單,過濾效果好,所以在水處理行業使用廣泛
化學清洗反滲透膜的方法:
1.檸檬酸溶液,在高壓或低壓下,用1%-2%的檸檬酸水溶液對膜進行連續或循環沖洗,這種方法對Fe(OH)3污染有很好的清洗效果。
2.檸檬酸銨溶液,檸檬酸的溶液中加入氨水或配成不同PH值的溶液,也可在檸檬酸銨的溶液中加HCL,調節PH值至2-2.5,例如在190L去離子水中,溶解277g檸檬酸胺,用HCL調節溶液PH值為2.5,用這種溶液在膜系統內循環清洗6小時,效果很好,若將該溶液加溫到35-40℃,清洗效果更好,該溶液對無機物的污染清洗效果均很好,但清洗時間較長。
3.加酶洗滌劑,用加酶洗滌劑處理膜,對有機物污染,特別是對蛋白質,油類等有機物污染特別有效,若在50℃-60℃下清洗效果更好,[本文來自凈水器官網}一般的在運行10天或半個月後用1%的加酶洗滌劑在低壓下對膜進行一次清洗,由於所用加酶洗滌劑濃度較低,所以要求浸漬時間長一些。
4.濃鹽水,對肢體污染嚴懲的膜採用濃鹽水清洗是有效的,這是由於高濃度鹽水能減弱膠體間的相互作用,促進膠體凝聚形成膠團。
5.水溶性乳化液,用於清洗被油和氧化鐵污染的膜十分有效,一般清洗30-60分鍾。
6雙氧水溶液,例如將0.5L,30%的H2O2用12L去離子水稀釋,然後清洗膜表面,這種方法對有機物污染特別有效。
7.次氯酸鈉和甲醛溶液,對於細菌的污染,要視不同的膜採取不同的處理措施,對芳香聚醯胺膜可用1%(重量)的甲醛溶液清洗,同時要經常分析反滲透濃水中保持0.2-0.5mg/l的余氯,以防止細菌繁殖。
8.草酸和EDTA溶液,對於反滲透膜上的金屬氧化物沉澱,用草酸和EDTA溶液清洗為好。
E. 反滲透膜、超濾膜、微濾膜、納濾膜,四種膜各自的優點及優勢 不要百度百科上的,都看過了
反滲透精度要比超濾和微濾高 也就是過濾的更加細致 不過因為精度高 所以對水壓有要內求 出水量小 有廢水 一般容需要儲水罐和增壓泵 可以作到基本完全脫鹽
也就是類似的蒸餾水了 常喝蒸餾水對人體不見的好
納濾精度在反滲透和超濾之間 不過要求的設備成本高 一般很少用
超濾一般作為凈水器所用 出水量適中 也可以過濾掉絕大多數有害物質 也保留些許礦物質 成本也低 設備安裝方便 對水壓沒有什麼要求
微濾和其他幾個差不多 沒有什麼特點
F. 請問RO反滲透膜怎麼分類干膜、濕膜、流體膜相關特徵是什麼市面常見品牌RO膜都屬於那種分類的
在反滲透膜分離技術中,膜材料也是相當重要的一個課題。反滲透膜一般要具備以下性能:高脫鹽率;高透水率;具有高機械強度和良好的柔韌性;化學穩定性好,耐氯以及酸、鹼腐蝕,抗微生物侵蝕;抗污染性能強,適用pH范圍廣;制備簡單,造價低,原料充足,便於工業化生產;耐壓密性好,可在較高溫度下使用。
目前主要的反滲透膜材料有醋酸纖維素類、芳香聚醯胺類和聚哌嗪醯胺類。醋酸纖維素反滲透膜為非對稱膜,盡管在耐鹼性、耐細菌性、產水量等方面不如聚醯胺膜,但因其具有優良的耐氯性、耐污染性至今仍在使用。芳香族聚醯胺可分為線性芳香族聚醯胺與交聯芳香族聚醯胺,前者為非對稱膜,後者為復合膜。這類膜因具有高交聯密度和高親水性的特點,以及優良的脫鹽率、產水量、耐氧化性、有機物去除率和二氧化硅去除率等優點,可用於對去除溶質性能要求高的超純水製造、海水淡化等方面。聚哌嗪醯胺類可分為線性聚哌嗪醯胺膜與交聯聚哌嗪醯胺膜,後者已有產品上市。該膜具有產水量大、耐氯、耐過氧化氫的特點,可用於對脫鹽性能要求高的凈水處理和食品等方面。
按照操作壓力反滲透膜可分為三類:高壓反滲透膜、低壓反滲透膜和超低壓反滲透膜。高壓反滲透膜用於海水脫鹽,主要有五種:三醋酸纖維素中空纖維膜、直鏈全芳族聚醯胺中空纖維、交聯全芳族聚醯胺卷式復合膜、芳基-烷基聚醚脲卷式復合膜及交聯聚醚復合膜。原有苦鹹水脫鹽的反滲透操作壓力高達2.8~4.2MPa,而採用低壓反滲透膜可在1.4~2.0MPa的低操作壓力下脫除鹽分,能耗大大降低。另外,低壓反滲透膜還可用於電子、制葯工業高純水的生產,食品工業廢水處理,飲料用水生產等,使用低壓反滲透膜,在減少設備費用、操作費用、提高生產能力的同時,還可以提高對某些有機和無機溶質的選擇分離能力。超低壓反滲透膜又稱疏鬆反滲透膜或納濾膜。
由於制膜工藝的不同,採用同種膜材料所製得的不同分離膜的性能將有很大的差別,所以合理先進的制膜工藝和最優的工藝參數是制備性能優良分離膜的重要保證。
用物理或化學的方法,或將物理和化學方法結合起來,可以制備具有良好分離性能的高分子分離膜。常用的制膜方法有相轉化法(流涎、紡絲)和復合法等。
1、相轉化法
相轉化制膜的各種方法在第二章已經做了部分介紹。相轉化法制膜大致可以分為以下六個階段:
(1)將高聚物和添加劑溶於溶劑,配製制膜液;
(2)制膜液通過流涎法製成平板型和圓管型膜,或通過紡絲法可製成中空纖維型膜;
(3)使膜中的溶劑部分蒸發;
(4)將膜浸漬在對高聚物的非溶劑液體中(最常用的是水),液相的膜在水中凝固成型;
(5)對固化成型的膜進行熱處理。非醋酸纖維素膜如芳香聚醯胺膜,一般不需要熱處理;
(6)對膜進行預壓處理。
制膜液中的聚合物濃度一般在10%~40%左右,溶液濃度太低時,膜的強度較低,實用性能較差;溶液濃度高,聚合物溶解效果較差,所製得的膜均一性不佳,性能得不到保證。採用的溶劑應能溶解聚合物,與水可混溶,而與其他組分不發生化學反應。若在常溫下制膜,溶劑最好為低沸點極性溶劑,含量在60%~90%。添加劑要能與制膜液中的各組分相混溶,又要能溶於水,最好是高沸點的極性物質,一般含量在0%~30%。
為了提高膜的質量,在制膜過程中要注意以下幾個方面:
(1) 純化與熟化 由於極性高聚物和極性溶劑的吸水性,要注意恆定它們的含水量,必要時,高聚物和溶劑在配製膜液前需純化;高聚物-溶劑-添加劑的完全溶解與熟化,且表面均勻的制膜液往往是分子分散的熱力學不穩定體系,這種體系遲早會分相,制膜應在均相的情況下進行;制膜液中的機械雜質可以在惰性氣體作用下採用200~240目的濾網以壓濾方式除去;殘存在制膜液中的氣體可用減壓法除去;含有丙酮等低沸點溶劑時,可採用靜置法除去;為了防止溶劑的揮發和某些組分的自聚,制膜液應在密封避光的條件下保存備用。
(2) 對環境的要求 制膜時,要保證環境的清潔和流涎基體的潔凈,為此,流延用的玻璃板需要用1:1的無水酒精和乙醚溶液進行清洗,這樣可有效地去除油脂;制膜液流延時,要防止氣體的夾帶;流延和溶劑蒸發時要注意控制環境溫度、濕度和其他條件的恆定,避免周圍氣流的湍動,氣流的湍動往往是造成膜缺陷 (( 針孔和亮點的原因之一。
(3) 其他要求 膜在凝固成型時,為了使溶劑和添加劑從膜中完全浸出,根據膜的不同形式,需要保持數小時至數十天的時間;膜蒸發時接觸空氣的一側是膜的表面活性層或稱表面緻密層,該緻密層起分離的作用;膜的熱處理使得膜的孔徑收縮,從而導致分離率上升而通量下降,因而要注意控制熱處理的時間和溫度;膜在使用前還要進行預壓處理,以穩定膜性能。
2、復合法
用相轉化法製作的反滲透膜,對溶質起分離作用的僅是極薄的表面緻密層,其厚度約為膜厚的1/100。膜的透過速度與表面緻密層的厚度成反比,可以通過減小表面緻密層的厚度提高膜的透過速度,但研究表明,要想製得厚度小於0.1(m的表面緻密層是極為困難的。
在壓力作用下,膜的壓密使得膜的透過速度下降。膜的壓密主要發生在介於表面緻密層和下面多孔支撐層之間的過渡層,從而增加了膜的透過阻力。盡管有的研究指出,透過速度的下降與表面緻密層的結構變化有關,但是只要操作壓力不超過表面緻密層高分子的屈服點,透過速度下降的主要原因仍在於過渡層的緻密。因此,從減小表面緻密層的厚度和解決過渡層壓密的角度看,單純依靠改進相轉化法制膜工藝來提高膜性能是有限度的。
採用其它工藝分別制備緻密的超薄脫鹽層和多孔支撐層,然後將兩部分進行復合,這樣既可以減小表面緻密層的厚度,又可以取消易引起壓密的過渡層,還可以選擇堅韌的材質制備多孔支撐層,選擇高脫鹽的材質制備超薄脫鹽層,從而使膜同時具有較高的溶質分離率和溶劑透過速度,這是製作復合膜的基本設想。
1.復合法制膜的特點
(1)可以選用不同的材質製作超薄脫鹽層和多孔支撐層,使它們的功能分別達到最優化,從而優化復合膜的性能。
(2)可以用不同方法製作高交聯度和帶離子性基團的超薄脫鹽層,厚度可以控制到0.01(0.1(m,從而使得膜對無機物特別是對有機物具有良好的分離率和較高透水速度,同時還具有良好的物化穩定性和耐壓密性。
(3)根據不同的應用特性,可以製作不同厚度的超薄脫鹽層。
(4)大部分復合膜可以製成干膜,有利於膜的運輸和保存。
目前,復合膜的製作通常是先製作多孔支撐層,然後直接在多孔支撐層上以各種方法製作超薄脫鹽層。對多孔支撐層,要求有適當大小的孔密度、孔徑和孔徑分布,有良好的耐壓密性和物化穩定性。由於聚碸原料廉價易得,制膜簡單,有良好的機械強度和抗壓密性,有良好的化學穩定性,無毒,能抗微生物降解,膜可進行乾燥,並對透水速度影響不大,所以目前工業上絕大多數復合膜主要採用聚碸多孔支撐膜作為支撐層。
2.超薄脫鹽層的主要制備方法
超薄脫鹽層的主要制備方法有聚合物塗敷法、界面聚合法、原位聚合法、等離子體聚合法等。這些在第二章已做了介紹。另外,美國Oak Ridge國家原子能研究所還採用了一種稱為動態成形法的 復合膜的制備方法。這種方法是以加壓閉合循環流動的方式,使膠體粒子或微粒子附著沉積在多孔支撐體的表面,形成薄層底膜。然後再用高分子聚電解質的稀溶液,同樣以加壓閉合循環流動的方式,將它們附著沉積在底膜上,構成具有分離性能、雙層結構的復合膜。
目前,關於復合膜形成機理的研究較少,以多胺類水溶液與醯氯類有機溶液在聚碸基膜表面的界面聚合為例,聚碸多孔膜吸收多胺類水溶液後,醯氯有機相溶液再在聚碸基膜的表面與基膜表面的水相進行界面聚合反應形成超薄脫鹽層。由於溶質的性質和界面的性能,兩相界面處的初始濃度很高。當兩相接觸時,反應迅速開始,兩種單體在界面處的濃度迅速下降,界面處形成了一極薄的聚醯胺薄膜。當兩種單體的反應時間過長時,進一步的反應受通過該薄膜的擴散速度控制。一般認為醯氯與多胺的反應是不可逆的親核反應,反應速度為二級。
復合膜制備過程中,醯氯與胺類的反應時間一般都很短,在幾秒到一分鍾左右,因為復合的超薄脫鹽層希望很薄,在50~300 nm之間。反應時間太長會使超薄脫鹽層增厚,影響復合膜的傳遞性能和選擇性能。復合過程中,兩種單體的種類、兩種單體在兩相中的初始濃度及比例、有機相溶劑的種類、反應的溫度和時間、酸接收劑的種類和濃度等對成膜的好壞都有較大的影響。另外,雖然界面反應對兩種單體的准確當量比要求不嚴,但設法使兩種單體以合適的當量比反應,將有利於形成高分子量的復合膜。
另外,縮聚反應的特點是在初期生成數目較多的不同聚合度的中間產物,隨時間的延長,聚合度增加,所以先在常溫下成膜,然後再在較高的溫度下進一步反應,使超薄脫鹽層的結構更加完善,從而有利於形成高分子量的復合膜。
總之,反滲透成膜過程中的每一工序,都有一系列影響膜性能的因素,制膜時要較好地利用這些因素的變化,協調其相互制約相互彌補的內在關系,從而制備性能較佳、質量滿意的反滲透分離膜。
G. 反滲透膜的清洗步驟
物理清洗方法:
1.停止裝置
慢慢的把操作壓力降低,逐步停止裝置。,因為如果一下子停止裝置會導致裝置中的壓力快速的下降形成水錘,沖擊對管道、壓力容器以及膜元件造成一定的損傷。
2.調節閥門
首先把濃溶液的水閥門全部打開;之後把進水的閥門關閉;接著把產水閥門打開到最大。如果把關閉閥門順序搞錯了,就可能會產生背壓對壓力容器中的後端的膜元件造成械性的損害
3.清洗作業
首先把低壓清洗泵打開;然後再慢慢的把進水閥打開,這時候一定要注意觀察濃縮水流量計的流量;調節進水閥門一直調到流量和壓力都達到預先設計好的值;最後在10-15分鍾後慢慢地關閉進水閥門,停止進水泵。
化學清洗方法:
化學清洗方法是利用化學葯劑進行清洗的,針對不同的污染物要選用不同的化學葯劑,下面也會給大家介紹什麼污染物選用什麼化學葯劑。
反滲透膜清洗化學葯劑選用圖
檸檬酸清洗
在採用檸檬酸溶液進行清洗之前,先用軟化水或者 RO 產品水對膜元件進行沖洗。向清洗水箱中添加檸檬酸(白色粉末),對溶液進行連續的攪動,使檸檬酸迅速和充分溶解,使檸檬酸溶液濃度達到 2%(質量百分比)。在添加葯品之前,將大塊的葯品敲碎,以避免對攪拌器和水泵造成損壞。
十二烷基磺酸鈉(Na-SDS)清洗劑清洗
配製 0.025%(質量百分比濃度)十二烷基磺酸鈉和 0.1%(質量百分比濃度)NaOH 溶液,控制溶液溫度小於 30℃,其 pH 控制范圍在 pH12 以內。此種方法最好作為系統的第一步化學清洗。
六聚偏磷酸鈉+鹽酸的清洗
向水中添加 SHMP(白色粉末),小批量逐步添加,以達到 1.0%濃度(質量百分比)溶液。使用攪拌器連續地攪拌溶液,使化學葯品均勻混合。
緩慢的將鹽酸(HCl)添加到 SHMP 溶液中,直到溶液的 pH 值達到 2。鹽酸(HCl)是一種腐蝕性的無機酸,在處理鹽酸時要注意安全規則。
溶液的 pH 值應該接近,但是要大於 2。 如果在清洗期間溶液的 pH 值升高超過 3.5,則要添加鹽酸(HCl)直到 pH 值恰好大於 2。如果 pH 值降低到小於 2,使用 NaOH 進行調節。NaOH 是一種腐蝕性無機鹼,在使用時要注意安全規則。
如果看完還是不怎麼清洗的話這時有詳細的介紹網頁鏈接
H. 關於水處理中反滲透膜的問題
1、可以,如果你的預處理沒有濃水排放,進水5.5,按海德能反滲透膜系統最低回收率70%算,產水是3.8噸左右,這只是概算,還要看你的水質和水溫和你的排列方式。
2、關於膜出水量的條件,水溫、含鹽量和排列有很大關系,4040膜有多種,如以下是分別的技術參數:
規格 型號 ESPA1-4040 ESPA2-4040 EPSA3-4040
外徑/長度(mm) 99.0/1016.0 99.0/1016.0 99.0/1016.0
濕潤態重量(kg) 4.1 4.1 4.1
有效膜面積(ft) 85 85 85
性能 最低脫盆率 99.0 99.6 98
透過水量GPD(m/d) 2600.0(9.8) 1900.0(7.2) 3000(11.4)
膜材質 芳香族聚醯胺 芳香族聚醯胺 芳香族聚醯胺
測試條件 測試溶液 1500ppm NaCI溶液(進行30分鍾後測試的數據)
操作壓力psi(Mpa) 150(1.05)
測試液溫度(℃) 25
單只膜元件回收率(%) 15
測試液PH 6.5-7.0
最高進水溫度(℃) 45
進水PH范圍 3.0-10.0
最高操作壓力psi(Mpa) 600(4.16)
使用條件 最高進水流量GPM(m/H) 16(3.6)
進水高度SDI(15分鍾) <5
進水最高濁度 1.0NTU
最高進水自由氯濃度 <0.1ppm
單只膜元件最高壓力損失 10psi(0.7kgf/cm)
單只膜元件上濃縮水與透過水量的最大比例 5:1
單級和雙級反滲透膜元件在膜殼裡面排列是一樣的,一般比例是2比1,比如第一段是6支膜,那第二段是3支膜,這只是系統的使用方法,可以根據實際使用調整。
3、你說的原水泵後面的過濾器是錳砂過濾器么,如果是,原水泵的流量要大於過濾器流量的3倍,因為錳砂過濾器反洗的時候用水量是運行過水量的三倍才可以吧濾料的吸附的膠體和懸浮物等沖洗掉。
希望對你有幫助。 我去武漢出差剛離開,你早發就好了,就可以認識一下了,呵呵。