水处理和膜技术基本知识080905

2 2.2 水处理技术基础 膜分类 2.2.2、膜的分类

膜分离过程的推动力有浓度差、压力差、分压差和电位差。膜分离过程可概述为以下三种形式：

①渗析式膜分离，料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜迚入接受液中，从而被分离出去，属于渗析式膜分离的有渗析和电渗析等；

②过滤式膜分离，由于组分分子的大小和性质有别，他们透过膜的速率有差别，因而透过部分和留下部分的组成不同，实现组分的分离，属于过滤式膜分离的操作有超滤、微滤、反渗透和气体渗透等；

③液膜分离，液膜必须与料液和接受液互不混溶，液液两相间的传质分离操作类似于萃取和反萃取，溶质从料液迚入液膜相当于萃取，溶质再从液膜迚入接受液相当于反萃取。

分离的对象不同，分离的方法也不同，因此分离用的膜也不同，依据膜的结构、形态和应用等的不同，可分为以下几种类型。

按分离原理分类的分离膜

膜的种类 膜的功能 微 滤 脱除溶液的微颗粒 超 滤 脱除溶液中的胶体、大分子 反渗透 脱除溶液中的盐和纳滤 类及低分子物 透 析 脱除溶液中的盐类及低分子物 电渗析 脱除溶液中的离子 渗透气体 溶液中的低分子及溶剂间的分离 气体分离 气体、气体与蒸汽分离 驱动力 压力差 压力差 压力差 浓度差 电位差 压力差 浓度关 浓度差 透过物质 水、溶剂、溶解物 溶剂、离子和小分子 水、溶剂 被截留物质 悬浮物、细菌类、微粒子 蛋白质、各类酶、细菌、病毒、乳胶、微粒子 无机盐、糖类、氨基酸、BOD、COD等 离子、低分子无机盐、尿素、尿酸、糖物、酸、碱 类、氨基酸 离子 无机、有机离子 蒸汽 易透过气体 液体、无机盐、乙醇溶液 不易透过气体

II—13 2 2.2 水处理技术基础 膜分类

按分离物质大小分类的分离膜

II—14 2 2.3 水处理技术基础 各种膜的技术特性 2.2.3各种膜的技术特性 2.2.3.1微 滤 2.2.3.1.1、微孔滤膜

过滤是一种分离气体或液体中悬浮的或溶解的离子的技术，过滤由一定的过滤介质和相应的辅助设备来完成。悬浮或溶解在液体中的各种微细离子直径范围如下：

粗粒 细粒 微粒 2~0.1mm 100~10μm 10~0.5μm 大分子 小分子和无机粒子 500~10nm 10~0.1nm 过滤分离不同的粒子要使用相应的过滤介质，过滤介质一般分为深层过滤介质和筛网过滤介质两种类型。常规过滤中所用的多属深层过滤介质，如滤纸、滤布、沙等，它们呈不规则交错堆臵折多孔体，孔型不规则。以深层介质过滤时，不能保证没有少量大颗粒物质进入滤液，而微细粒子则由于吸附而被阻留。微孔过滤（简称微滤）是以压力差为推动力的膜分离过程，微孔滤膜具有形态整齐的多孔结构，分离的机理是膜孔对溶液中的悬浮微粒的筛分作用，在压力差的作用下，小于孔径的微粒随溶剂一起透过膜上的微孔，大于孔径的微粒被截留。

微孔滤膜是由纤维素酯等高分子材料在一定条件下制成的孔结构高度均匀的多孔薄膜，可制成指定孔径，通过电子显微镜观察微孔滤膜的断面结构，常见的有通孔型、海绵型、非对称型三种结构。

微孔滤膜过滤的特点如下：

①微孔滤膜的孔径十分均匀，能将液体中所有大于指定孔径的微粒全部截留。 ②微孔滤膜的空隙率高达80%左右，因而阻力小，对清液或气体的过滤速度，可较同样效果的常用过滤材料快数十倍。

③滤膜为均一连续的高分子材料，过滤时没有纤维和碎屑脱落，从而能得到高度纯洁的滤液；

④大于孔径的微粒不会因压力增高而穿过滤膜，当压力波动时也不致影响过滤效率；

II—15 2 2.3 水处理技术基础 各种膜的技术特性 ⑤滤层薄，质量小，对滤液或滤液中有效成分的吸附量小，因而可减少贵重物料的损失。

2．2.3.1.2、微孔滤膜的材质及制备方法

微孔滤膜的品种很多，主要有纤维素酯类、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚碳酸酯等。纤维素酯微孔滤膜是最常用的一类滤膜，规格多、成本低、亲水性好。再生纤维素微孔滤膜专用于非水溶液的澄清或除菌过滤，耐各种有机溶剂，不能用来过滤水溶液。聚氯乙烯微孔滤膜适用于较强的酸性或碱性液体，其亲水性较差。聚酰胺微孔滤膜耐碱而不耐酸，在酮、酯、醚及高级醇中不易被侵蚀。聚四氟乙烯微孔滤膜为强憎水性膜，耐高温、化学稳定性好，可耐强酸、强碱及各种溶剂，可用于过滤蒸汽及各种有机溶剂和强酸、强碱以及腐蚀性液体，使用面广。聚丙烯微孔滤膜的孔不太均匀，但耐酸、碱和各种有机溶剂，过滤水溶液时需进行亲水处理。聚碳酸酯微孔滤膜为核迹孔膜，也径特别均匀，但孔隙率低。

微孔滤膜的制备方法有多种，常用的有：

①自然蒸収凝冻法，又称相转化法。其基本原理是将配臵好的制膜液，经过滤、除气后在金属、玻璃或塑料上流延成膜，在一定温度、湿度、通风速度等条件下，薄层中的溶剂缓慢蒸发而成膜。所用的混合剂通常是由真溶剂、溶胀剂和非溶剂等组合而成，制膜溶液中的直溶剂一般选用沸点较低的和易挥发的溶剂；

②溶出法。在制膜的高分子基材中混入某些可互溶的水溶性（或其他溶剂可溶的）材料，如聚乙二醇、食盐、碳酸钙等，成膜后用水或其他溶剂将这些物质溶出，而形成多孔膜；

③拉伸法。这类滤膜主要由聚烯烃制成，将聚烯烃在熔融温度下挤 出成膜，延伸、退火，然后进行纵向拉伸，使其层状结构变形而成为相互交织的缝状孔隙；

④核径迹法。由放射性同位素裂变而产生的碎片在撞击和穿透某些固定物质时，在一定条件下能形成细小的径迹。如果将平行的放射线对准一些高分子薄膜，可使膜上形成均匀的和密度适当的径迹，然后用侵蚀剂将此径迹扩大，孔的大小由侵蚀的程度来控制。这类微滤膜主要是聚碳酸酯微孔滤膜。

2.2.3.1.3、微滤的应用

微滤可以分离溶液中大于0.05μm左右的微细粒子，它的应用范围很广。

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