典型应用：
从溶液中分离大分子物质和胶体，分离分子量
下限为几千Dalton
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分离过程：
① 在膜表面及微孔内吸附（一次吸附）； ② 在孔中停留而被去除（阻塞）； ③ 在膜表面的机械截留（筛分）
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1、超滤膜结构
各向同性膜，微孔贯通膜层，正反面具相同效应；
各向异性膜，由极薄的“皮层”和较厚的“海绵
水泵
直流电源
进水预处理装置
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四、电渗析器的组装
并联：水流同向的膜对 装在一起。产水量与膜 对数成正比。 适用水量大 水质要求不高。 级：一对电极成为一级 段：浓淡水隔板上水流 方向一致为一段，改变 一次增加一段。
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四、电渗析器的组装
串联： 水由前一个膜对出来改 变流向进入后一个膜对。 适用水量小，要求除盐 率高的场所。
电化学势 分离子进 离子交换 膜
非对称膜 或复合膜
离子交换 膜
电渗析
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3、膜分离技术的特点 （1）无相变，能耗低
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3、膜分离技术的特点
（2）常温下进行，适于热敏物质
（3）装置简，操作易，控制易，检修易；效率
高，可靠性高。
（4）适用于特殊溶液体系的分离
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二、反渗透技术
1、反渗透、纳滤、超滤和微滤的比较 离子和分子
质通过高分子链间空穴，以空穴型扩散透过膜。
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（2）透过机理
• 选择性吸附-毛细流到理论 • 索里拉金提出，膜表面具有亲水性，能选择 性地吸水，形成1个水分子厚的纯水层，而排斥溶 质。施加压力时，优先吸附的纯水膜中的水不断 通过膜，盐类则被膜排斥，化合价越高排斥越远。
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4、反渗透装置
• 膜组件、泵和各种仪表、管路 • 膜组件：将膜以某种形式组装在一个基本单 元设备内，在外压作用下，能实现对溶质与溶剂 的分离的单元设备。
渗透压：维持渗透平衡所 施加的压力
p<π 纯水→溶液，渗透
P=π 平衡 P>π 纯水←溶液，反渗透
渗透到半透膜两侧出现
一定的压力差时才停止。
这个压力差称为渗透压π.
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稀溶液中渗透压的Vant Hoff方程：
π=iCRT
式中：C——溶质浓度； i——系数，对于海水，i约等于1.8 发表于1885年。 测定溶剂吸引溶液的引力。 实现反渗透具备： 1. 选择性半透膜 2. p>π。
一边循环，一边补充原水，产水量与补水
量相等。渗析槽内流速不受产生量的影响，电流
密度也可相应稳定，运行管理比直流式容易。膜
可保持稳定状态，装置可适合任何进料状况。
适用于大规模水处理系统
原水
ED
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七、有关计算
（1）电能效率 =理论耗电量/实际耗电量，电能消 耗在： 1）电极反应 2）克服浓度差产生的电位（膜电位）； 3）电阻消耗。 包括膜电阻和溶液电阻（极水、浓水和淡水）。
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3、膜及其透过机理
（1）膜材料、膜分类及其结构
常用：醋酸纤维素（CA）膜和芳香族聚酰胺膜。
性能要求：
• 透水量大，脱盐率高；
• 机械强度好，多孔支撑层的压实作用小；
• 化学稳定，耐酸、碱和微生物
• 结构均匀，使用寿命长，性能衰减降慢；
• 制模容易，价格便宜、原料充足。
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从结构上可分为均质膜、非对称膜、复合膜
dp——每度电的费用，元/度； m——整流器效率。
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• 因为反离子在膜中的运动速度比在溶液中快，当 操作电流密度增大到一定的程度时，主体溶液中 的离子不能迅速的补充到膜的界面，使膜界面中
反离子的浓度趋近于零，从而迫使水分子电离产
生H和OH来荷载电流，此时的电流密度称为极限
电流密度。
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第4节 反渗透与超滤（膜法处理技术）
一、概述
1、分离膜
是指将无机物或高分子聚合物特殊加工， 使其转变成一种具有选择透过性或其他分 离能力的薄层。
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分类：
• 按来源：人工合成膜与生物膜。
• 按物态：固膜、液膜和气膜。 • 按材料：有机和无机
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• 有机膜材料：纤维素类、聚酰胺类、含
氟高分子等；
• 无机膜材料：金属及其氧化物、陶瓷、 多孔玻璃等材料。
• 反渗透、超滤、微滤相当于过滤。 • 电渗析使用荷电膜，用于苦咸水的脱盐。
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过程 微滤MF
分离目的 溶液脱粒 子 溶液脱大 分子、大 分子溶液 脱小分子
推动力 压力差 100kPa 1001000kPa
传递机理 筛分
膜类型 多孔膜
超滤UF
筛分
非对称膜
反渗透
溶剂脱溶 质
溶液脱小 离子
1000溶解-扩散 10000kP a
（3）中空纤维式
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5、反渗透系统的布置形式
• 用于回收率（淡水产量与原水进水量的比值）
50%以下的工艺。
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5、反渗透系统的布置形式
（2）循环式，可提高水的回收率，但出水水质下 降。
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（3）多段式，即多级串联。用两级串联可将回收
率提高到70%-75%，用三级串联可提高到80%-
85%。
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• 膜材料的要求：成膜性、热稳定、化学
稳定、耐微生物。
• 对膜组件的要求：密封可靠、装填密度 高、液流方式合理、造价低。 • 膜组件：中空纤维、卷式、板框式、管
式和毛细管式。
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2、膜分离过程
• 以选择性透过膜为分离介质，当膜的两
侧存在推动力时，原料侧组分选择性的
透过膜，达到分离、提纯的目的。
压力消耗高。
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（3）中空纤维式反渗透装置 杜邦公司提出。
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（3）中空纤维式反渗透装置
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（3）中空纤维式
• 优点：
① 装填密度高，可达16000-30000m2/m3,组件可
小型化；
② 膜不需要支撑材料，可受压而不破裂。
• 缺点：
① 膜面去污困难，料液预处理严格；
② 膜损坏无法更换。
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三、纳滤（Nano filtration）
NF介于反渗透和超滤之间。
分离分子量在200g/mol以上、分子大小为1nm 的溶解组分。
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NF特点：
1、渗透压远比RO膜低。相同通量下所需压力低；
同等压力下通量比RO大得多。
2、离子选择性。一价盐可通过，高价盐被截留。
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应用
行业 处理对象 行业 处理对象
介于微滤和纳滤间，膜孔径为0.05μm至1nm。 通常能截留分子量>500g/mol的高分子的膜分 离过程称为超滤。 与反渗透类似： 无相变，无需加热，设备简单， 占地面积小，能耗低， 但操作压力低，对泵和管材要求不高。
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特点：
分离对象为大分子（分子量500-50万），胶体、 细菌，悬浮物。 不能分离离子。 操作压力比较小
隔板材料
绝缘、化学稳定、耐热、不老化、有弹性。
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三、电渗析装置 （2）极区
含电极、级框、电极托板和垫板。
材料：导电性能好，机械强度高、耐腐蚀、加
工方便。
级框主要使级水自成系统，不断将级室内生成
的电极反应物和沉淀物冲出，要求水流畅通、支撑
作用好。
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电极
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组装过程
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（2）辅助设备
料液槽
细菌
粘
乳化油
土
淤泥
胶体硅
反
渗
透 纳滤 超 滤
微
滤
颗粒过滤
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二、反渗透技术
2、渗透与渗透压 一种溶剂可通过半透膜进入到另一种溶液，或者 是从一种稀溶液进入到一种比较浓的溶液，这种现象 叫渗透。 1748年，法国物理学家J.A.Nollet首次发现渗 透现象。
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渗透平衡：膜两侧水分子
的渗透速度相等
微米 纳米
离子
大 分 子
10-3 1
富里酸
微
10-1 102
小假单胞菌
粒
1 103
藻类 大肠杆菌 似隐胞菌素 卵母细胞
10-2 10
腐殖酸
硝酸根、硫酸根、 非挥发性有机物/色度/消毒副产物/致癌前驱物 氰化物、硬度、砷、 蛋白质 酶制品 磷酸根、重金属 氨基酸 小红细胞 流感病毒
合成有机化合物 杀虫剂、表面活性 剂、挥发性有机物、 染料、二噁英、 BOD、COD 胶体 病毒 脊髓灰质炎病毒
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常规海水淡化工艺流程
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6、超纯水制备
1）反渗透设于终端的超纯水制备系统
前处理
离子 交换
精制 混床
3μm 过滤器
不合格
纯水箱
紫外灯 消毒
反渗透
超纯水
合格
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6、超纯水制备
2）反渗透设于前端的超纯水制备系统
前处理
反渗透
脱盐 水箱
离子 交换
不合格
精制 混床
紫外灯 消毒
超滤
超纯水
合格
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制药 母液中有效成分的回收 行业 抗菌素的分离纯化
维生素的分离纯化 氨基酸的脱盐与纯化
化工 酸碱纯化、回收 电镀液中铜的回 收
纯水 高纯水、水的脱 盐、地下水净化
食品 乳清脱盐与浓缩 工业 苛性碱回收
染料 活性染料的脱盐与回 废水 印染厂废水脱色 工业 收 处理 造纸厂废水净化
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四、超滤（Ultra- f22章 水的除盐与咸水淡化
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三、电渗析装置 电渗析器本体和辅助设备 要求：稳定运行，不易结垢，耗电小，效率高， 易拆卸。 （1）本体 膜堆、极区、紧固装置 —膜对：基本的脱盐单元。 —膜堆：两电极间的膜对。
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