主頁 > 技術文章 > 超濾、納濾、反滲透多功能膜分離實驗裝置說明 2024-09-02

超濾、納濾、反滲透多功能膜分離實驗裝置說明

一、超濾、納濾、反滲透多功能膜分離實驗裝置說明-實驗目的：
1.學習和掌握超濾、納濾和反滲透膜分離技術的基本原理。
2.了解多功能膜分離制純凈水的流程，設備組成和結構特點。
3.通過測定納濾和反滲透膜分離技術制得純凈水的透過率，分析比較出分離技術的優(yōu)劣。
二、實驗原理：
超濾（UF）：是以壓力為推動力，利用超濾膜不同孔徑對液體進行物理的篩分過程。其分子切割量（ CWCO ）一般為 6000 到 50 萬，孔徑約為 100nm （納米）。
超濾是利用多孔材料的攔截能力，以物理截留的方式去除水中一定大小的雜質顆粒。在壓力驅動下，溶液中水、有機低分子、無機離子等尺寸小的物質可通過纖維壁上的微孔到達膜的另一側，溶液中菌體、膠體、顆粒物、有機大分子等大尺寸物質則不能透過纖維壁而被截留，從而達到篩分溶液中不同組分的目的。該過程為常溫操作，無相態(tài)變化，不產生二次污染。

從操作形式上，超濾可分為內壓和外壓。運行方式分為全流過濾和錯流過濾兩種。當進水懸浮物較高時，采用錯流過濾可減緩污堵，但相應增加能耗。
納濾膜（NF）：納濾膜分離過程無任何化學反應透過物大小在１～ 10nm，無需加熱，無相轉變，不會破壞生物活性，不會改變風味、香味，因而被越來越廣泛地應用于飲用水的制備和食品、醫(yī)藥、生物工程、污染治理等行業(yè)中的各種分離和濃縮提純過程。納濾膜在其分離應用中表現(xiàn)出下列兩個顯著特征：一個是其截留分子量介于反滲透膜和超濾膜之間，為 200 ～ 2000 ；另一個是納濾膜對無機鹽有一定的截留率，因為它的表面分離層由聚電解質所構成，對離子有靜電相互作用。
反滲透（RO）：在一定壓力下水分子由鹽水端透過反滲透膜向純水端遷移。液劑分子在壓力作用下由稀溶液向濃溶液遷移的過程這一現(xiàn)象被稱為反滲透現(xiàn)象。如果將鹽水加入以上設施的一端，并在該端施加超過該鹽水滲透壓的壓力，我們就可以在另一端得到純水。這就是反滲透凈水的原理。反滲透設施生產純水的關鍵有兩個，一是一個有選擇性的膜，我們稱之為半透膜，二是一定的壓力。簡單地說，反滲透半透膜上有眾多的孔，這些孔的大小與水分子的大小相當，由于細菌、病毒、大部分有機污染物和水合離子均比水分子大得多，因此不能透過反滲透半透膜而與透過反滲透膜的水相分離。在水中眾多種雜質中,溶解性鹽類是最難清除的.因此,經常根據除鹽率的高低來確定反滲透的凈水效果.反滲透除鹽率的高低主要決定于反滲透半透膜的選擇性。目前，較高選擇性的反滲透膜元件除鹽率可以高達99.7%。
三、實驗裝置流程示意圖：如圖一所示

圖一、實驗裝置流程示意圖

實驗裝置由1支石英砂濾、2支超濾膜、1支納濾膜、1支反滲透膜和高低壓離心泵、5個水箱、流量計等組成，用電導儀測定原料水的電導率。反滲透納濾部分：原料水箱裝滿自來水經低壓離心泵通過家用過濾器砂濾裝置并經過高壓離心泵，進入到反滲透或納濾膜中進行過濾。過濾后測量電導流入產品水箱。超濾膜部分：原料水加入一定濃度的聚乙二醇，經過流量計計量進入到兩個并聯(lián)的超濾膜，經過濾后分別進入濃水槽和純水槽。
四、實驗設備操作方法：
（一）反滲透、納濾操作：
1.連接好設備電源（為380V電源，三相五線，良好接地）。
2.將原料水箱注入自來水水位至四分之三。
3.啟動低壓離心泵經過微型過濾器，在經過沙濾筒，在經過啟動高壓離心泵通過反滲透或納濾膜（反滲透和納濾單獨做），膜頂端分別為濃水和純水，分別經過轉子流量計計量進入到原料槽和產品槽。
4.記錄原水電導率和淡水電導率。
5.反滲透實驗與納濾膜實驗相同。
6.備存放實驗室應有合適防凍措施，嚴禁結冰。
7.滲透短期停機，應隔兩天通水一次，每次通水30分鐘；長期停機應采用1%亞硫酸氫鈉或甲醛液注入組件內，然后關閉所有閥門封閉，嚴禁細菌侵蝕膜元件。三個月以上應更換保護液一次。
8.停機，必須切斷電源。
（二）超濾膜操作：
本裝置有膜組件兩個，從流程安裝上既可以并聯(lián)操作，也可以交替單獨操作。
實驗物料采用聚乙二醇水溶液。
原料液配置：液量35L（儲槽使用容積），濃度約30mg/L。方法是取MW20000聚乙二醇1.1g放入1000ml的燒杯中，加入800ml水攪拌至全溶。在儲槽內稀釋至35L并攪拌均勻。
1.分析試劑及物品：
聚乙二醇MW20000,500g    冰乙酸（化學純）500ml    次硝酸鉍（化學純）500g
碘化鉀（化學純）500g     醋酸鈉（化學純）500g
蒸餾水棕色容量瓶100ml二個    500ml一個    1000ml一個    100ml十個
移液管50ml一支    5ml二支     量液管5ml一支
量筒250ml一個   10ml二個；    工業(yè)濾紙若干。
2.發(fā)色劑配制.：
A液：準確稱取1.600g次硝酸鉍置于100ml容量瓶中，加冰乙酸20ml蒸餾水稀釋至刻度。
B液：準確稱取40g碘化鉀置于100ml棕色容量瓶中，蒸餾水稀釋至刻度。
Dragendoff試劑：量取A液、B液各5ml置于100ml棕色容量瓶中加冰乙酸40ml,蒸餾水稀釋至刻度。有效期為十年。
醋酸緩沖液的配制：稱取0.2.mol/L醋酸鈉溶液590ml及0.2molL冰乙酸溶液410ml置于1000ml容量瓶中，配制成PH4.8醋酸緩沖液。
3.分析操作：（選擇性操作）
●用比色法測量原料液，超濾液和濃縮液的濃度。
●儀器—722型分光光度計，是用前認真閱讀說明書。
●開啟分光光度計電源，將測定波長置于510mm處，預熱20分鐘。
●繪制標準曲線：準確稱取在60℃下干燥4小時的聚乙二酸1.000g溶于1000ml溶量瓶中，分別吸取聚乙二醇溶液0.5，1.5，2.5，3.5，4.5ml稀釋于100ml溶量瓶內配制成濃度為5，15，25，35，45mg/L的聚乙二醇標準溶液。在各去50ml加入100ml溶量瓶中，分別加入Dragendoff試劑及醋酸緩沖液各10ml，蒸餾水稀釋至刻度，放置15分鐘，與波長510nm下，用1cm比色池，在722型分光光度計上測定光密度，蒸餾水為空白。以聚乙二醇濃度為橫坐標，光密度為縱坐標作圖，繪制出標準曲線。
●取試樣50ml置于100ml溶量瓶內，用標準曲線操作相同的方法測試樣光密度值，繪制出標準曲線。
4.實驗操作（并聯(lián)操作）
將料液置于原料槽，首先關閉所有閥門，然后啟動離心泵，打開旁路閥進行混料，混料一段時間后，打開進入兩組超濾膜的閥門，膜頂部分成兩部分一部分為濃縮液，一部分為超濾液。分別進入到濃縮液槽和超濾液槽。同時打開兩組閥門，在打開轉子流量計調節(jié)流量，同時控制濃縮液和超濾液的閥門開度來控制超濾膜內壓力，過十分鐘后取超濾液和濃縮液進行分析。
五、實驗記錄：
納濾膜實驗原水電導561 μS, 淡水電導250μ S
透過率=（561-250）/561=55.4%
反滲透膜實驗原水電導561μS, 淡水電導12μS
透過率=（561-12）/561=97.8%
超濾舉例（供參考）
1.按上述個步驟準備好之后，即可以進行實驗操作；
2.實驗工藝參數：流量：30l/h。
3.操作：實驗開始前打開循環(huán)閥先使原料管中的料液混合均勻。
4.進行比色分析：

樣品	原料液	濃縮液	超濾液	備注
吸光值A	0.623	0.630	0.302
濃度C	C₁	C₃	C₂	從標準曲線查找，此處略

5.截留率Ru的計算：
Ru=

×100%=

×100%=51.5%
Ru越大表示超濾組件分離效果越好。

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