膜分離技術(shù)的除鹽處理
發(fā)布日期：2018-01-10 點(diǎn)擊：915
1、什么是膜分離？膜分離過程的推動(dòng)力是什么？
沒有經(jīng)過處理的水實(shí)際上是混合物，混合物之所以能被分離，是由于它們之間的物理或化學(xué)性質(zhì)有所差異。我們就是利用這些差異將其分開的。性質(zhì)完全相同的物質(zhì)稱為元素和化合物，元素和化合物是不能被分離的。性質(zhì)愈相近，分離就愈困難，反之亦然。膜分離是利用一張?zhí)厥庵圃斓�、具有選擇透過性能的薄膜，在外力推動(dòng)下對混合物進(jìn)行分離、提純、濃縮的一種分離新方法。這種薄膜必須具有使用的物質(zhì)可以通過、有的物質(zhì)不能通過的特性。膜可以是固相、液相或氣相。目前使用的分離膜絕大多數(shù)是固相膜。
物質(zhì)透過分離膜的能力可以分為兩類：一種借助外界能量，物質(zhì)發(fā)生由低位向高位的流動(dòng)；另一種是以化學(xué)位差為推動(dòng)力，物質(zhì)發(fā)生由高位向低位的流動(dòng)。下表列出一些主要膜分離賽程的推動(dòng)力。
2、膜分離的基本原理是什么？機(jī)理如何？
由于分離膜具有選擇透過的特性，所以它可以使混合物質(zhì)有的通過、有的留下。分離膜之所以能使混在一起的物質(zhì)分開，基于兩個(gè)方面的原理：
（1）根據(jù)它們物理性質(zhì)的不同－－主要是質(zhì)量、體積大小和幾何形態(tài)差異，用過篩的辦法將其分離。
（2）根據(jù)混合物的不同化學(xué)性質(zhì)。物質(zhì)通過分離膜的速度取決于以下兩個(gè)步驟的速度：首先是從膜表面接觸的混合物中進(jìn)入膜內(nèi)的速度（稱溶解速度）；其次是進(jìn)入膜內(nèi)后從膜的表面擴(kuò)散到膜的另一表面的速度。二者之和為總速度�？偹俣扔�，透過膜所需的時(shí)間愈短；總速度愈小，透過時(shí)間愈長。溶解速度完全取決于被分離物與膜材料之間化學(xué)性質(zhì)的差異；擴(kuò)散速度除化學(xué)性質(zhì)外還與物質(zhì)的相對分子質(zhì)量有關(guān)�；旌衔镏懈魑镔|(zhì)透過的總速度相差愈大，則分離效率愈高；若總速度相等，則無分離效率可言。
但是，由于膜分離的過程不同，它們的分離機(jī)理也不完全相同。
3、膜分離技術(shù)有些什么特點(diǎn)？
膜分離技術(shù)與蒸餾、吸附、萃取等傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)。
（1）膜分離是一個(gè)高效的分離過程。例如以重力為基礎(chǔ)的分離技術(shù)最小極限顆粒是微米（μm），而膜分離可以做到將顆粒大小為納米（nm）的物質(zhì)進(jìn)行分離。
（2）膜分離過程的能耗比較低。大多數(shù)膜分離過程都不發(fā)生“相”的變化，而“相”變化的潛熱是很大的，所以能耗低。以海水淡化為例，膜技術(shù)反滲透比其他分離方法能耗低。
（3）多數(shù)膜分離過程的工作溫度與室溫接近。因此，特別適用于對熱過敏物質(zhì)的處理。如用膜分離處理的水可以在室溫或更低溫下進(jìn)行，確保不發(fā)生局部過熱現(xiàn)象，大大提高了藥品使用的安全性。
（4）膜分離設(shè)備本身沒有運(yùn)動(dòng)的部件，工作溫度又在室溫附近，所以維護(hù)工作量減少，操作簡便，開、停車方便。
（5）膜分離過程的規(guī)模和處理能力可以在很大范圍內(nèi)變化，而它的效率、設(shè)備單價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用等都變化不大。
（6）膜分離由于分離效率高，通常設(shè)備的體積比較小，占地較少。
（7）膜分離不同于水的澄清和除鹽過程，不需要消耗大量的混凝劑和酸、堿等化學(xué)藥品，所以不致造成對環(huán)境的危害。
4、工業(yè)水處理使用的膜有哪些類型？
工業(yè)水處理采用的膜分離技術(shù)主要有反滲透（RO），超過濾（UF）和電滲析（ED）三種。以反滲透的應(yīng)用最為廣泛。但近年來，納濾（NF）和不同一般微濾（MF）技術(shù)也開始應(yīng)用于水處理的各個(gè)領(lǐng)域。
反滲透膜主要有纖維素和非纖維素兩類。其中纖維素膜有醋酸纖維素、三醋酸纖維素等；非纖維素膜主要是芳香族聚酰胺膜。反滲透使用的都為半透膜，只對水具有選擇性的高度滲透性，而對水中大部分溶質(zhì)的滲透性很低。反滲透膜在使用時(shí)要制成組件式裝置，其型式有渦卷式、管式、板框式，中空纖維式和條束式等。膜厚為幾個(gè)μm至0.1mm左右。
超濾膜與反滲透膜都是不具備離子交換性質(zhì)的中性膜，屬于壓力推動(dòng)的濾膜。兩膜基本相似，主要有醋酸纖維素和非纖維素聚合物膜，組件裝置可以做成渦卷式、管式和板式等。
超濾膜和反滲透膜中的纖維素膜有：①超薄式膜：非對稱性構(gòu)造的醋酸纖維素膜，如0.06-0.3μm二乙酰纖維素膜；②復(fù)合膜：如硝酸纖維素和醋酸纖維素復(fù)合為0.1μm三乙酰纖維素膜；③混合膜：將二乙酰和三乙酰纖維素混合制膜；④中空纖維膜：做成內(nèi)徑24-30μm，外徑45-65μm的中空纖維管式。
超濾膜和反滲透膜中的非纖維素膜有：①芳香族聚酰胺中空纖維素膜（最初是以尼龍66作纖維素，后改為芳香族酰胺）；②帶電膜，如磺化2,6－二甲基次苯基醚離子膜；③聚咪唑并吡喃酮膜；④聚間二氮茚膜；⑤玻璃膜，如Na2O?B2O3?SiO2制成中空纖維膜；⑥動(dòng)態(tài)膜。
電滲析膜是離子交換膜，為電力推動(dòng)式濾膜。主要有異相膜、均相膜和半均相膜三種類型。電滲析的組件裝置有壓濾式和水槽式兩類。其中壓濾式又有垂直型和水平型兩種。
納濾膜（NF）介于反滲透膜和超濾膜之間，是近十多年發(fā)展較快的膜品種，在水的軟化、不同價(jià)陰離子分離等方面有特優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用。
徴濾（MF）又稱為精過濾，其基本原理屬于篩網(wǎng)狀過濾，在靜壓差作用下，小于膜孔的粒子通過濾膜，大于膜孔的粒子則被截留在膜面上，使大小不同的組分得以分離。
5、如何處理電滲析器的常見故障？
電滲析器在實(shí)際運(yùn)行中常見的故障原因及其處理方法如下。
（1）電滲析器的水壓高、出水量低或水流不暢
故障的原因可能是：①開車前管路未沖洗干凈，致使雜質(zhì)堵塞水流通道；②在組裝時(shí)，隔板和膜的進(jìn)出水孔未對準(zhǔn)，或是部分隔板框網(wǎng)收縮變形，或是隔板框和隔網(wǎng)厚度配合不適當(dāng)；③級段間的水流倒向時(shí)，進(jìn)出水孔錯(cuò)位。
上述故障的處理方法是：①拆開電滲析器清除出水孔、布水槽等處雜物，然后重新組裝，或在進(jìn)水管道加設(shè)過濾器；②變形的隔板要調(diào)換。對隔板加工要注意厚度均勻，與框網(wǎng)厚度的配合要良好；③對進(jìn)出水孔錯(cuò)位，要仔細(xì)檢查并重新組裝測試。
（2）電滲析器的除鹽效果差、電流偏低
故障原因是：①部分陰、陽膜可能裝錯(cuò)；或是部分濃、淡室隔板裝錯(cuò)，以及膜破裂；②電路系統(tǒng)接觸不良，樹脂膜受到污染，性能變壞。
處理方法是：①重新組裝，并去除已損壞的隔板或膜；②檢查電路，使接觸良好。定期用酸、堿液對樹脂膜進(jìn)行復(fù)蘇處理。
（3）電滲析器電流不穩(wěn)、出水流量不穩(wěn)及壓力表抖動(dòng)等
故障原因是：①電滲析器內(nèi)的空氣未排盡，或水泵吸口管路漏氣使水帶氣；②流量計(jì)及壓力表離泵出口太近，受水泵沖擊而抖動(dòng)，或是系統(tǒng)阻力太大。
處理方法是：①設(shè)法使裝置內(nèi)部空氣排盡，修好系統(tǒng)漏氣處；②改裝流量計(jì)和壓力表的位置，并盡力減少系統(tǒng)阻力。
（4）電滲析器的出水水質(zhì)下降，或是某一段水質(zhì)特別差
原因是：①原水預(yù)處理效果差，膜堆和極室沉淀結(jié)垢嚴(yán)重；②某段的樹脂膜破裂，或是濃、淡室間泄漏。
處理方法是：①改進(jìn)預(yù)處理。重新拆開電滲析器，清洗膜、隔板和極框；②拆開電滲析器檢查，調(diào)換隔板和膜。
（5）淡室水質(zhì)突然下降，電耗增加，轉(zhuǎn)子流量計(jì)上有黃褐色鐵銹
原因是：①個(gè)別膜破裂（尤其是靠近極室的膜），電極腐蝕斷裂，電極接線柱松動(dòng)；②原水含鐵量較多，或管網(wǎng)有腐蝕，鐵溶入水中。
處理方法是：①及時(shí)調(diào)換破膜或斷極，電極的接觸始終要良好；②加強(qiáng)原水預(yù)處理。管路盡量不使用鐵管，而要有防腐措施，開車時(shí)管網(wǎng)存水要排放干凈，受鐵污染處要及時(shí)清洗。
（6）電滲析器本體漏或變形
原因是：①組裝時(shí)螺桿未擰緊；②隔板邊框夾有雜物和隔板破裂，或是隔板和膜厚薄不均勻；③開車時(shí)速度過快，電滲析器驟然升壓，使隔板受沖擊而變形，或停車過速，使失壓過快，膜堆也會變形。
處理方法是：①檢查和擰緊螺桿；清除邊框雜物或調(diào)換破裂隔板，在漏水處墊以石棉繩或塑料薄片后重新擰緊；②開車時(shí)要緩慢，隨時(shí)監(jiān)視壓力表及流量計(jì)小心調(diào)節(jié)，停車時(shí)也不可過速，并及時(shí)打開放空氣閥門，不使電滲析器本體受負(fù)壓。
6、反滲透膜的分離機(jī)理是什么？
反滲透膜是屬于一種壓力推動(dòng)的膜濾方法，所用的膜不具離子交換性質(zhì)，可以稱為中性膜。反滲透用半透膜為濾膜，必須在克服膜兩邊的滲透壓下操作，過去使用醋酸纖維素膜時(shí)的操作壓力為5-6MPa（50-60atm），現(xiàn)今所用的聚酰胺復(fù)合膜的操作壓力為1.5MPa(15atm）左右。
半透膜是指只能通過溶液中某種組分的膜。對水處理所用的半透膜要求只能通過水分子。當(dāng)然，這種對水的透過選擇性并不排斥少量的其他離子或小分子也能透過膜。
對膜的半透性機(jī)理有以下各種解釋，但都不能解釋全部滲透現(xiàn)象。
一種解釋認(rèn)為這是篩除作用。即膜孔介于水分子與溶質(zhì)分子之間，因此水能透過，而溶質(zhì)不能透過。但這不能解釋和水分子的大小基本一樣鹽分離子不能透過的原因。
第二種解釋是認(rèn)為反滲透膜是親水性的高聚物，膜壁上吸附了水分子，堵塞了溶質(zhì)分子的通道，水中的無機(jī)鹽離子（Na+、K＋、Ca2+、Mg2+、Cl-…）則較難通過。
最后，有一種機(jī)理認(rèn)為是由于水能溶解于膜內(nèi)，而溶質(zhì)不能溶解于膜內(nèi)。
7、對反滲透膜性能有何要求？醋酸纖維素膜與聚酰胺復(fù)合膜的性能如何？
反滲透分離過程的主要關(guān)鍵是要求膜具有較高的透水速度和脫鹽性能，故對反滲透膜要求具有下列性能：
（1）單位膜面積的透水速度快、脫鹽率高；
（2）機(jī)械強(qiáng)度好，壓密實(shí)作用��；
（3）化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐酸堿和微生物的侵襲；
（4）使用壽命長，性能衰減小。
醋酸纖維素膜是最先發(fā)展起來的反滲透膜，但由于醋酸纖維素是一種酯類，易發(fā)生水解，水解的結(jié)果是將降低乙�；暮浚鼓さ男阅苁艿綋p害，同時(shí)膜也更易受到生物的侵襲。近年發(fā)展起來的聚酰胺復(fù)合膜，由于各種性能優(yōu)越，已逐漸取代醋酸纖維素膜。
8、為什么反滲透膜的性能會下降？如何處理？
反滲透膜的性能下降主要原因是由于膜表面受到了污染，如表面結(jié)垢，膜面堵塞；或是膜本身的物理化學(xué)變化而引起的。物理變化主要是由于壓實(shí)效應(yīng)引起膜的透水率下降；化學(xué)變化主要是由于pH值的波動(dòng)而引起的，如使醋酸纖維素膜水解；游離氯也會使芳香聚酰胺膜性能惡化。反滲透膜污染堵塞的主要原因是由于膜面沉積和微生物的滋長而引起的。其中微生物不僅堵塞膜，并對醋酸纖維素有侵蝕損害作用。因此，在膜內(nèi)必須保持一定的余氯量，但是余氯太高，又會引起膜性能下降，故在醋酸纖素膜前保持余氯0.1-0.5mg/L，而在芳香聚酰胺膜前余氯要小于0.1mg/L。
反滲透膜的清洗處理是一個(gè)細(xì)致而又煩雜的工作，目前國產(chǎn)膜的質(zhì)量還不夠高，多次清洗膜易損壞。為了減輕清洗工作，必須要搞好前處理，嚴(yán)格把好水質(zhì)關(guān)，否則，“后患無窮”。
處理的方法是：定期用0.1%甲醛溶液，或100mg/L質(zhì)量濃度的新潔爾滅循環(huán)清洗處理至少1h。已經(jīng)污染的膜要用2%檸檬酸銨溶液（pH＝4-8）進(jìn)行清洗，或用亞硫酸氫鈉、六偏磷酸鈉、稀鹽酸等來防止錳、鐵及碳酸鹽的結(jié)垢。有時(shí)也用酶洗滌劑對有機(jī)物進(jìn)行清洗。清洗壓力控制在0.34-0.98MPa(3.5-10kgf/cm2)，清洗流速為原來水處理流速的2-3倍。
9、反滲透膜受到污染的原因是什么？有什么特征？
反滲透膜受到污染的主要原因是由金屬氧化物沉積引起的，常見的金屬氧化物有氫氧化鐵、氫氧化鋁和氧化錳等。還有微生物黏泥，水中的懸浮物與膠體物質(zhì)在膜表面的沉積，以及碳?xì)浠锖凸柰挠图磅ヮ惛采w膜面等。其特性如下表所示：
10、反滲透－離子交換聯(lián)合除鹽處理有何優(yōu)點(diǎn)？
反滲透－離子交換聯(lián)合處理方式，可以降低水源水質(zhì)多變所帶來的影響，并可減少再生頻率，從而提高了水處理裝置運(yùn)行的靈活性和可靠性，在水源的選擇上也有了更大的余地。例如，原水含鹽量從1000mg/L增至1500mg/L，反滲透設(shè)備在工作壓力2.75MPa，出力僅降低1%-2%；而離子交換設(shè)備遇此情況，必然會嚴(yán)重地降低交換容量。這說明，反滲透設(shè)備的出力與水質(zhì)（原水含鹽量）的關(guān)系不大，只同工作壓力差及水質(zhì)成分所決定的滲透壓差成比例變化。這是反滲透工藝的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。
11、在電廠鍋爐補(bǔ)給水處理上使用反滲透－離子交換聯(lián)合系統(tǒng)，有不少優(yōu)點(diǎn)。
（1）離子交換設(shè)備的再生劑用量可以降低90%-95%，再生劑貯放場地可以大大減小。
（2）由于反滲透裝置可將原水含鹽量降低到原來的1/10-1/20，因此除鹽設(shè)備的鹽泄漏可以減小，運(yùn)行周期可以延長。
（3）原來不適宜采用離子交換除鹽的水（如含鹽高的原水、經(jīng)處理過的城市污水、受酸性污染的水等）都可能用來作為除鹽設(shè)備的進(jìn)水。
（4）除鹽系統(tǒng)可以簡化，有的水源甚至在反滲透后用混床處理就可滿足鍋爐用水的要求。
（5）原水中用一般處理方法不易除去的物質(zhì)如膠體物質(zhì)、有機(jī)物、鐵離子、二氧化硅等也可被除去。
（6）延長了離子交換樹脂的使用壽命。
（7）通�；齑渤鏊妼�(dǎo)率為0.1μS/cm。
（8）提高了對水源水質(zhì)變化的適應(yīng)性和出水質(zhì)量的可靠性。
（9）由于除鹽設(shè)備排放的廢液量減少了，有利于環(huán)境保護(hù)。
