超純水及純凈水的生產(chǎn)實(shí)務(wù)

1、 超純水及純凈水的生產(chǎn)超純水及純凈水的生產(chǎn) 反滲透技術(shù)已被普遍用于電子工業(yè)純水及醫(yī)藥工業(yè)等無(wú)菌純水的制備系統(tǒng)中。半導(dǎo)體工業(yè)所用的高純水,以往主要采用化學(xué)凝集、過(guò)濾、離子交換樹脂等制備方法,這些方法的最大缺點(diǎn)是流程復(fù)雜,再生離子交換樹脂的酸堿用量較大,成本較高。現(xiàn)在采用反滲透法與離子交換法相結(jié)合過(guò)程生產(chǎn)的純水,其流程簡(jiǎn)單,成本低廉,水質(zhì)優(yōu)良,純水中雜質(zhì)含量已接近理論純水值。 超純水生產(chǎn)的典型工藝流程如圖所示。原水首先通過(guò)過(guò)濾裝置除去懸浮物及膠體, 加入殺菌劑次氯酸納防止微生物生長(zhǎng),然后經(jīng)過(guò)反滲透和離子交換設(shè)備除去其中大部分雜質(zhì),最后經(jīng)紫外線處理將純水中微量的有機(jī)物氧化分解成離子,再由離子交換器脫

2、除,反滲透膜的終端過(guò)濾后得到超純水送入用水點(diǎn)。 電鍍廢水處理電鍍廢水處理 由反滲透機(jī)理可知,反滲透膜對(duì)高價(jià)離子具有良好的去除效果,特別是離子的價(jià)數(shù)越高 越容易分離。電鍍操作中,排放的電鍍廢水總會(huì)含有大量的有害重金屬,采用反滲透技術(shù)可以回收廢液中幾乎全部的重金屬離子,而且不需加人任何化學(xué)物質(zhì),不會(huì)產(chǎn)生污染和殘?jiān)?不造成二次污染。處理后的廢水可以循環(huán)使用。此法比較經(jīng)濟(jì),很有應(yīng)用前途。 食品工業(yè)中的應(yīng)用食品工業(yè)中的應(yīng)用 反滲透技術(shù)在乳品加工中的應(yīng)用是與超濾技術(shù)結(jié)合進(jìn)行乳清蛋白的回收。其工藝流程如圖所示(圖中的BOD為生化需氧量,是一種間接表示水被有機(jī)污染物污染程度的指標(biāo))。把原乳分離出干酪蛋白,剩余

3、的是干酪乳清,它含有7%的固形物、0.7%的蛋白質(zhì)、5%的乳糖以及少量灰分、乳酸等。先采用超濾技術(shù)分離出蛋白質(zhì)濃縮液,再用反滲透設(shè)備將乳糖與其他雜質(zhì)分離。這種方法與傳統(tǒng)工藝相比,可以大量節(jié)約能量,乳清蛋白的質(zhì)量明顯提高,而且同時(shí)還能獲得多種乳制品。 反滲透技術(shù)還應(yīng)用于水果和蔬菜汁的濃縮,楓樹糖液的預(yù)濃縮等過(guò)程。造紙工業(yè)中的應(yīng)用造紙工業(yè)中的應(yīng)用 造紙工業(yè)每生產(chǎn)1噸紙漿,約需100460噸水,其中80%用作洗滌。用超濾和反滲透技術(shù)結(jié)合可處理造紙廠排放出來(lái)的亞硫酸紙漿廢水,它含有很多有用物質(zhì),其中主要是木質(zhì)素磺酸鹽,還有糖類(甘露醇、半乳糖、木糖)等。過(guò)去多用蒸發(fā)法提取糖類,成本較高。采用膜法處理,

4、可以降低成本,簡(jiǎn)化工藝,提高經(jīng)濟(jì)效益。含油廢水的處理含油廢水的處理 含油和脫脂廢水的來(lái)源十分廣泛,如石油煉制廠及油田含油廢水;海洋船舶中的含油廢水;金屬表面處理前的含油廢水等。廢水中的油通常以浮油、分散油和乳化油三種狀態(tài)存在,其中乳化油可采用反滲透和超濾技術(shù)相結(jié)合的方法除去。 制藥工業(yè)中的應(yīng)用制藥工業(yè)中的應(yīng)用 反滲透技術(shù)在制藥工業(yè)中的典型應(yīng)用是鏈霉素的濃縮。鏈霉素是灰色鏈霉菌產(chǎn)生的堿性物質(zhì),它是氨基糖苷類抗生素。在鏈霉素的提取精致過(guò)程中,傳統(tǒng)的真空蒸發(fā)濃縮方法對(duì)熱敏性的鏈霉素很不利,而且能耗很大。采用反滲透取代傳統(tǒng)的真空蒸發(fā),可提高鏈霉素的回收率和濃縮液的透光度,還節(jié)約了能耗。其工藝流程見圖。

5、原料液經(jīng)二級(jí)過(guò)濾器處理, 打入料液貯槽,由供料泵、往復(fù)泵對(duì)料液增壓。經(jīng)過(guò)冷卻的料液進(jìn)入板式反滲透組件,料液中的小分子物質(zhì)透過(guò)膜,透過(guò)液經(jīng)流量計(jì)排放,鏈霉素被膜截留返回料液貯槽。如此循環(huán),直至濃縮液的濃度達(dá)到指標(biāo)。2、超濾、超濾(1)、超濾原理、超濾原理 超濾過(guò)程基本原理如圖所示。在以靜壓差為推動(dòng)力的作用下,原料液中溶劑和小于超濾膜孔的小分子溶質(zhì)將透過(guò)膜成為濾出液或透過(guò)液,而大分子物質(zhì)被膜截留,使它們?cè)跒V剩液中的濃度增大。 超濾所用的膜為非對(duì)稱性膜,膜孔徑為1 20nm,能夠截留分子量500以上的大分子和膠體微 粒,操作壓力一般為0.10.5MPa。目前,常用的膜材料有醋酸纖維、聚砜、聚丙烯腈、

6、聚酰胺、聚偏氟乙烯等。 超濾廣泛用于化工、醫(yī)藥、食品、輕工、機(jī)械、電子、環(huán)保等工業(yè)部門。超濾技術(shù)應(yīng)用的歷史不長(zhǎng),只是近30年才在工業(yè)上大規(guī)模地應(yīng)用,但因其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),使之成為當(dāng)今世界分離技術(shù)領(lǐng)域中一種重要的單元操作。(2)、濃差極化、濃差極化 在超濾分離過(guò)程中,膜截留下來(lái)的溶質(zhì)粒子在膜前積累,使膜表面溶質(zhì)濃度逐漸高于原料液主體溶質(zhì)濃度,在此濃度差為推動(dòng)力的作用下,溶質(zhì)便從膜表面向料液主體擴(kuò)散,形成 具有濃度梯度的邊界層,這就是超濾過(guò)程的濃差極化。當(dāng)這種擴(kuò)散的溶質(zhì)通量與隨著溶劑到達(dá)膜表面的溶質(zhì)通量相等時(shí),即達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。由于濃差極化,膜表面處溶質(zhì)濃度高,會(huì)導(dǎo)致溶質(zhì)截留率的下降和滲透通量的下降

7、。當(dāng)膜表面處溶質(zhì)濃度達(dá)到飽和時(shí),在膜表面形成凝膠層,使溶質(zhì)截留率增大,但滲透率顯著減小。(3)、影響滲透通量的因素、影響滲透通量的因素 操作壓力 壓差是超濾過(guò)程的推動(dòng)力,對(duì)滲透通量產(chǎn)生決定性的影響。一般情況下,在壓差較小的范圍內(nèi),滲透通量隨壓差增長(zhǎng)較快;當(dāng)壓差較大時(shí),隨壓差的增加滲透通 量增長(zhǎng)逐漸減慢,且當(dāng)膜表面形成凝膠層時(shí),滲透量趨于定值不再隨壓差而變化,此時(shí)的滲透通量稱為臨界滲透通量。實(shí)際超濾操作壓力應(yīng)接近臨界滲透通量時(shí)的壓差,若壓差過(guò)高不僅無(wú)益而且有害。 料液流速 濃差極化是超濾過(guò)程不可避免的現(xiàn)象,為了提高滲透通量,必須使極化邊界層盡可能的小。目前,超濾過(guò)程采用錯(cuò)流操作,即加料錯(cuò)流流過(guò)膜

8、表面,可清除一部分極化邊界層。為了進(jìn)一步減薄邊界層厚度,提高傳質(zhì)系數(shù),可增加料液的流速和湍流程度, 這種方法與單純提高流速相比可節(jié)約能量,降低料液對(duì)膜的壓力。實(shí)現(xiàn)料液端動(dòng)的方法有在 流道內(nèi)附加帶狀助湍流器、脈沖流動(dòng)等。 溫度 料液溫度升高,粘度降低,有利于增大流體流速和湍動(dòng)程度,減輕濃差極化,提高傳質(zhì)系數(shù),提高滲透通量。但溫度上升會(huì)使料液中某些組分的溶解度降低,增加膜污染,使?jié)B透通量下降,如乳清中的鈣鹽;有些物質(zhì)會(huì)因溫度的升高而變形,如蛋白質(zhì)。因此,大多數(shù)超濾應(yīng)用的溫度范圍為3060。牛奶、大豆體系的料液,最高超濾溫度不超過(guò)5560。 截留液濃度 隨著超濾過(guò)程的進(jìn)行,截留液濃度不斷增加,極化邊

9、界層增厚,容易形成凝膠,會(huì)導(dǎo)致滲透通量的降低。因此,對(duì)不同體系的截留液濃度均有允許最大值。如顏料和分散染料體系,最大截留液濃度為30%50%,多糖和低聚糖體系,最大截留液濃度 為1%10%等。(4)、超濾過(guò)程的工藝流程、超濾過(guò)程的工藝流程 超濾的操作方式可分為重過(guò)濾和錯(cuò)流過(guò)濾兩大類。重過(guò)濾是靠料液的液柱壓力為推動(dòng)力,但這樣操作濃差極化和膜污染嚴(yán)重,很少采用,而常采用錯(cuò)流操作。錯(cuò)流操作工藝流程又可分為間歇式和連續(xù)式。 間歇式間歇式 常見的間歇式流程見圖。圖中(a)為間歇操作開式回路流程,將一批料液加入貯槽,用泵加壓后送往膜組件,使之連續(xù)排出透過(guò)液,濃縮液則返回槽中與貯槽中原料液 混合后送往膜組件

10、。如此循環(huán)操作,直到濃縮液濃度達(dá)到預(yù)定值為止。這種流程操作簡(jiǎn)單, 濃縮速度快,所需膜面積小,但全循環(huán)時(shí)泵的能耗高。為了降低能耗,可采用部分循環(huán)操作,如圖(b)所示為間歇操作閉式回路流程。間歇操作通常在實(shí)驗(yàn)室中和小型中試廠使用。 連續(xù)式連續(xù)式 連續(xù)式超濾過(guò)程是指料液連續(xù)不斷加人貯槽和產(chǎn)品的不斷產(chǎn)出?？煞譃閱渭?jí)和多級(jí)。單級(jí)連續(xù)式操作過(guò)程的效率較低,一般采用如圖所示的多級(jí)連續(xù)式操作。將幾個(gè)循環(huán)回路串聯(lián)起來(lái),每一個(gè)回路即為一級(jí),每一級(jí)都在一個(gè)固定的濃度下操作,從第一級(jí)到最后一級(jí)濃度逐漸增加。最后一級(jí)的濃度是最大的,即為濃縮產(chǎn)品。多級(jí)操作只有最后一級(jí)在高濃度下操作,滲透通量低,其他級(jí)操作濃度均較低,滲透

11、通量相應(yīng)也較大,因此級(jí)效率高;而且多級(jí)操作所需的總膜面積較小。它適合在大規(guī)模生產(chǎn)中使用,特別適用于食品工業(yè)領(lǐng)域。(5)、超濾技術(shù)的應(yīng)用、超濾技術(shù)的應(yīng)用 超濾的工藝應(yīng)用可分為三種類型：濃縮、小分子溶質(zhì)的分離、大分子溶質(zhì)的分級(jí)。絕大部分的工業(yè)應(yīng)用屬于濃縮這個(gè)方面,也可以采用與大分子結(jié)合或復(fù)合的辦法分離小分子溶質(zhì)。前面在講述反滲透技術(shù)應(yīng)用時(shí)提到超濾與反滲透結(jié)合可回收干酪乳清蛋白、分離油水乳液、處理生活廢水。下面介紹超濾技術(shù)在其他方面的應(yīng)用?；厥针娪就科釓U水中的涂料回收電泳涂漆廢水中的涂料 世界各國(guó)的汽車工業(yè)幾乎都采用電泳涂裝技術(shù)給汽車車身上底漆,該技術(shù)也被用在機(jī)電工業(yè)、鋼制家具、軍事工業(yè)等部門。在金

12、屬電泳涂漆過(guò)程中,帶電荷的金屬物件浸入一個(gè)裝有帶相反電荷涂料的池內(nèi)。由于異電相吸,涂料便能在金屬表面形成一層均勻的涂層,金屬物件從池中撈出并用水洗除隨帶的涂料,因而產(chǎn)生電泳漆廢水。可采用超濾技術(shù)將廢水中的高分子涂料及顏料顆粒截留下來(lái),而讓無(wú)機(jī)鹽、水及溶劑穿過(guò)超濾膜除去,濃縮液再回到電 泳漆貯槽循環(huán)使用,透過(guò)液用于淋洗新上漆的物件。礦泉水的制造礦泉水的制造礦泉水的水源必須是地下水,而這種水在地下流動(dòng)時(shí)會(huì)溶入某些無(wú)機(jī)鹽。采用超濾和微濾組合工藝可制造合乎飲用水標(biāo)準(zhǔn)的礦泉水, 酶制劑的生產(chǎn)酶制劑的生產(chǎn) 酶是一種具有高度催化活性的特殊蛋白質(zhì)。相對(duì)分子質(zhì)量在1萬(wàn)10萬(wàn)之間。采用超濾技術(shù)處理粗酶液,低分子物質(zhì)和鹽與水一起透過(guò)膜除去,而酶得到濃縮和精制。目前超濾已用于細(xì)菌蛋白酶、葡萄糖苷酶、凝乳酶、果膠酶、