南昌大學本科生膜分離實驗方案

1、膜分離實驗一、實驗目的了解不同膜分離工藝的原理、設備及流程。掌握RO、NF的適用范圍和對象。二、實驗原理1.反滲透（RO）反滲透膜的孔徑在0.1-1nm之間。反滲透技術是利用高壓液體的高壓作用，克服滲透膜 的滲透壓，使溶液中水分子逆方向滲透過滲透膜到達離子濃度較低的一端，從而達到去除溶 液中大部分離子的目的。為了防止被截留下來的其他離子越積越多而堵塞RO膜，往往采用動態(tài)的方法來進行反 滲透，即在進行反滲透的同時，利用一股液體流連續(xù)沖刷膜表面的截留物，以保持反滲透膜 表面始終具有良好的通透性。因此，反滲透設備的出水有兩股，一股為透過液（淡水）, 股為截留液（濃水）。實驗采用NaCl、MgSO4溶

2、液進行實驗，用在線電導儀測定進水、“淡水”和“濃水”的電導率變化，表示反滲透膜的處理效果。圖1反滲透（RO）示意圖2.納濾（NF）納濾膜的孔徑范圍介于反滲透膜和超濾膜之間。納濾技術是從反滲透中派生出來的一種 膜分離技術，是超低壓反滲透技術的延續(xù)和發(fā)展分支。一般認為，納濾膜存在納米級的細孔， 可以截留95%的最小分子約為1nm的物質(zhì)。納濾膜的特點在于：較低的滲透壓和較高的膜通透性，因此，可以節(jié)能；通過納濾膜的 滲透作用，可以去除多價的離子，保留部分低價的對人體有益的礦物離子。為了防止被截留下來的其他離子越積越多而堵塞NF膜，同樣采用動態(tài)的方法來進行納 濾，即在進行納濾的同時，利用一股液體流連續(xù)沖

3、刷膜表面的截留物，以保持納濾膜表面始 終具有良好的通透性。因此，納濾設備的出水也有兩股，一股為透過液（淡水），一股為截 留液（濃水）。實驗采用NaCl、MgSO4溶液進行實驗，用在線電導儀測定進水、“淡水”和“濃水”的 電導率變化，表示納濾膜的處理效果。同時將納濾和反滲透對一價和二價離子的截留效果進 行比較，可以知道納濾膜出水中保留了比反滲透出水中更多的有益礦物離子。下面是兩種膜材料的技術參數(shù)，供參考:名稱型號規(guī)格產(chǎn)地反滲透膜（RO）LP-40408.1m2/10.2T/天 濃水流量：占總流量 的 20-50%美國陶氏公司納濾膜（NF）ESNA1-40407.9m2/7.9T/天濃水流量：占總

4、流量的 20-50%美國海德能公司三、實驗流程與設備整套膜分離裝置的四個單元共同安裝在一個支架上，由微濾單元和反滲透單元組成設備 的1/2,超濾單元和納濾單元組成設備另外的1/2。271.出水箱2,進水箱 3、4、6、9、13、15、21.調(diào)節(jié)閥5,增壓泵 7、10、16、22,壓力表 8.粗濾柱 11.微濾膜柱12、19、23.流量計14.反滲透高壓泵17、20、24,在線電導儀18.反滲透膜柱25.微濾出水26.反滲透淡水27.反滲透濃水圖2微濾和反滲透單元工藝流程圖1.出水箱 2.進水箱 3、4、6、9、12、16、18、24,調(diào)節(jié)閥 5,增壓泵 7、10、13、19、25.壓力表 8.

5、粗濾柱 11.超濾膜柱14、15、22、26.流量計17.納濾高壓泵 20、23、27.在線電導儀21.納濾膜柱28.超濾濃水29.超濾淡水30.納濾濃水31.納濾淡水圖3超濾和納濾單元工藝流程圖四、實驗方法熟悉設備根據(jù)上述的工藝流程圖結(jié)合實際的實驗設備，仔細了解設備的管路連接、流通方向、取 水樣的位置、各個閥門的控制功能、各個壓力表所指示的位置、電氣控制箱中各控制開關所 控制的對象、各顯示儀表所對應的檢測點。實驗用水的準備（1）去離子水的準備實驗鹽液采用去離子水配制，去離子水由反滲透膜自制。進行反滲透產(chǎn)水之前，必須將 水箱中（進水箱、出水箱）的水放光，洗干凈。打開進水箱、出水箱之間的連通閥門

6、，向水 箱中放滿自來水，調(diào)節(jié)膜進口壓力0.7MPa左右，收集反滲透產(chǎn)品水。（2）反滲透實驗用水的準備500mg/L的NaCl溶液和1000mg/L的MgSO4溶液各40L，用去離子水配制。（3）納濾實驗用水的準備與反滲透一樣，500mg/L的NaCl溶液和1000mg/L的MgSO4溶液各40L，用去離子水 配制。實驗操作步驟（1）反滲透實驗反滲透實驗的目的是檢驗反滲透膜對離子的截留效果，可從在線電導儀上得到數(shù)據(jù)來了 解離子的截留情況。反滲透膜的淡水電導率遠低于濃水的電導率，濃水的電導率略大于進水 的電導率。由于電導率近似正比于離子濃度，因此反滲透膜對離子的截留率計算可近似于：離子的截留率=進

7、水電導率-淡水電導率進水電導率100%由于進行反滲透實驗時進水箱、出水箱之間是連通的，加之本實驗設備的單位時間處 理量較大，因此，實驗時的進水量可以開得大一些。具體步驟如下：打開增壓泵的進水閥4、出水閥6 （不要全開），高壓泵的進水閥13、出水閥15 （不 要全開）以及反滲透濃水閥21（不要全開）。注意：這時的閥門9 一定要關閉。在電器箱上，首先打開反滲透增壓泵的電源，等反滲透濃水有水流出并完全排完空氣 （從濃水流量計觀察，水中無氣泡）后，開啟反滲透高壓泵的電源。這時，緩慢調(diào)節(jié)高壓泵的出水閥15和反滲透濃水閥21，使反滲透進水壓力在0.8MPa （最高不得超過1.0MPa），濃 水流量在600

8、L/h左右，最后通過調(diào)節(jié)增壓泵出水閥6，使增壓泵的出水壓力在0.08MPa左 右。因為閥門15和21的調(diào)節(jié)不易掌握、隨意調(diào)動會引起總進膜流量和壓力的變動，所以在 上述兩閥門調(diào)節(jié)好的情況下，一般不再調(diào)節(jié)，這樣才能穩(wěn)定反滲透膜的進水條件便于實驗。正常運行10min后，可直接讀出反滲透產(chǎn)水和濃水的流量、反滲透進水、產(chǎn)水和濃水 的電導值，它們的一組數(shù)據(jù)即可評價反滲透膜的除鹽性能。注意！因為這一系列可做微濾和反滲透兩種實驗，首先要明確你要做哪種實驗，然后 開啟相對應支路上的閥門，關閉另一支路上的閥門，兩只閥門只能有一只處于開啟狀態(tài)。（2）納濾實驗納濾實驗的目的是檢測納濾膜對離子的截留作用，因此，可從在線

9、電導儀上得到的數(shù) 據(jù)來了解離子的截留情況。納濾膜的淡水電導率應遠低于進水的電導率，濃水的電導率略大 小進水的電導率。納濾膜對離子的截留率計算與上述反滲透實驗的截留率計算一樣。通過NaCl和MgSO4兩種不同價態(tài)離子溶液的過濾實驗，可以測定反滲透和納濾兩種膜 對一價和二價離子的不同截留特性。由于進行納濾實驗時進水箱、出水箱之間是連通的，加之本實驗設備的單位時間處理 量較大，因此，實驗時的進水量可以開得大一些。具體步驟如下：打開增壓泵的進水閥4、出水閥6 （不要全開），高壓泵的進水閥16、出水閥18 （不 要全開）以及納濾濃水閥24 （不要全開）。注意：這時的閥門9 一定要關閉。在電器箱上，首先打

10、開納濾增壓泵的電源，等納濾濃水有水流出并完全排完空氣（從 濃水流量計觀察，水中無氣泡）后，開啟納濾高壓泵的電源。這時，緩慢調(diào)節(jié)高壓泵的出水 閥18和納濾濃水閥24，使納濾進水壓力在0.8MPa （最高不得超過1.0MPa），濃水流量在 600L/h左右（納濾總流量盡量與反滲透實驗總流量一致），最后通過調(diào)節(jié)增壓泵出水閥6， 使增壓泵的出水壓力在0.08MPa左右。因為閥門18和24的調(diào)節(jié)不易掌握、隨意調(diào)動會引起總進膜流量和壓力的變動，所以在上述兩閥門調(diào)節(jié)好的情況下，一般不再調(diào)節(jié)，這樣才能 穩(wěn)定納濾膜的進水條件便于實驗。正常運行10min后，可直接讀出納濾產(chǎn)水和濃水的流量、納濾進水、產(chǎn)水和濃水的電

11、 導值，它們的一組數(shù)據(jù)即可評價納濾膜的除鹽性能。注意！因為這一系列可做超濾和納濾兩種實驗，首先要明確你要做哪種實驗，然后開 啟相對應支路上的閥門，關閉另一支路上的閥門，兩只閥門只能有一只處于開啟狀態(tài)。（3）膜清洗實驗結(jié)束后，應對反滲透膜和納濾膜進行清洗。反滲透膜的清洗方法為：先排空鹽液，向水箱中不斷加入自來水，同時將濃水移出水箱， 產(chǎn)水另外收集，循環(huán)清洗一段時間至原水電導下降至200p s.cm-1以下時，停止加入自來水， 并加入已收集的去離子水，同樣操作循環(huán)清洗至原水電導至10M s.cm-1左右，清洗過程遵循 低壓大流量的原則。若一段時間不使用反滲透膜，應做好水封以防止其發(fā)霉長菌。納濾膜的

12、清洗方法為：先排空鹽液，向水箱中不斷加入去離子水，同時將濃水移出水箱， 循環(huán)清洗至原水電導至10p s.cm-1左右，清洗過程遵循低壓大流量的原則。若一段時間不使 用納濾膜，應做好水封以防止其發(fā)霉長菌。五、數(shù)據(jù)記錄與處理記錄每組實驗下的水溫、膜進出口壓力、產(chǎn)水和濃水的流量，進水、產(chǎn)水、濃水的電導 值，并計算淡水產(chǎn)率以及膜對鹽的截留率?？缒翰?進口壓力+出口壓力2淡水流量進水流量100%進水流量=淡水流量+濃水流量項目溫度/C跨膜壓差 /MPa原水電 導/|J s.cm-1淡水電 導/|J s.cm-1原水 流量 /L.h-1淡水 流量 /L.h-1截留率/%淡水產(chǎn)率/%反滲透實 驗NaCl溶液 （500mg/L）MgSO4溶液 （1000mg/L）微濾實驗NaCl溶液 （500mg/L）MgSO4溶液