MBR膜一体化养老院污水处理设备
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反渗透膜分离技术基本理论反渗透膜分离法的基本特点是其推动力为压力差(1-10MPa),传质机理一般认为是溶剂的扩散传递,透过膜的物质是水溶剂,截留物为溶质、盐(悬浮物、大分子、离子),膜的类型为非对称膜或复合膜。反渗透的选择透过性与组分在膜的溶解、吸附和扩散有关,因此除与膜孔大小结构有关外,还与膜的化学、物理性质有密切关系,即与组分和膜之间的相互作用密切相关。
1反渗透原理渗透现象早在1748年已由AbbeNollet得到证明,直到20世纪50年代,科学家们才开始利用反渗透或超滤作为溶液中溶质和溶剂的有效分离方法,并使其成为一种实验室技术。渗透是指一种溶剂(即水)通过一种半透膜进入一种溶液或是从一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然渗透。但是在浓溶液一边加上适当的压力,即可使渗透停止,此时的压力称为该溶液的渗透压。若在浓溶液一边加上比自然渗透压更高的压力,扭转自然渗透方向,把浓溶液中的溶剂(水)压到半透膜的另一边稀溶液中,这是和自然界正常渗透过程相反的,此时就称为反渗透。这就说明,当对盐水一侧施加的压力超过水的渗透压时,可以利用半透膜装置从盐水中获取淡水。因此,反渗透过程必须具备两个条件:一是必须有一种高选择性和高渗透性(一般指透水性)的选择性半透膜,二是操作压力必须高于溶液的渗透压。
2反渗透膜的透过机理关于反渗透膜的透过机理,自20世纪50年代末以来,许多学者先后提出了各种不对称反渗透膜的透过机理和模型,现介绍如下:
2.1氢键理论这个理论是由里德(Ried)等人提出的,并用醋酸纤维膜加以解释。这种理论是基于一些离子和分子能通过膜的氢键的结合而发生联系,从而通过这些联系发生线形排列型的扩散来进行传递。在压力的作用下,溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点――羰基上氧原子形成氢键,而原来的水分子形成的氢键被断开,水分子解离出来并随之转移到下一个活化点,并形成新的氢键,如是通过这一连串氢键的形成与断开,使水分子离开膜表面的致密活化层,由于多孔层含有大量的毛细管水,水分子能畅通流出膜外。
2.2优先吸附-毛细孔流理论索里拉金等人提出了优先吸附-毛细孔流理论。他们以氯化钠水溶液为例,溶质是氯化钠,溶剂是水,膜的表面能选择性吸水,因此水被优先吸附在膜表面上,而对氯化钠排斥。在压力作用下,优先吸附的水通过膜,就形成了脱盐的过程。这种模型同时给出了混合物分离和渗透性的一种临界孔径的概念。临界孔径显然是选择性吸着界面水层的两倍。基于这种模型在膜的表面必须有相应大小的毛细孔,根据这种理论,索里拉金等研制出具有高脱盐率、高脱水性的实用反渗透膜,奠定了实用反渗透膜的发展基础。
2.3溶液扩散理论朗斯代尔(Lonsdale)和赖利(Riley)等人提出溶解扩散理论。该理论假定膜是无缺陷的“完整的膜”,溶剂和溶质透过膜的机理是由于溶剂与溶质在膜中的溶解,然后在化学位差的推动力下,从膜的一侧向另一侧进行扩散,直至透过膜。溶剂和溶质在膜中的扩散服从(Fick)定律,这种模型认为溶剂和溶质都可能溶于均质或非多孔型膜表面,以化学位差为推动力(常用浓度差或压力差来表示),分子扩散使它们从膜中传递到膜下部。因此,物质的渗透能力不仅取决于扩散系数,而且取决于其在膜中的溶解度。溶质的扩散系数比水分子的扩散系数小得越多,高压下水在膜内的移动速度就越快,因而透过膜的水分子数量就比通过扩散而透过去的溶质数量更多。目前一般认为,溶解扩散理论较好的说明膜透过现象,当然氢键理论、优先吸附-毛细孔流理论也能够对反渗透膜的透过机理进行解释。此外还有学者提出扩散-细孔流理论,结合水-空穴有序理论以及自由体积理论等。也有人根据反渗透现象是一种膜透过现象,因此把它当作非可逆热力学现象来对待。总之,反渗透膜透过机理还在发展和完善中。