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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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)常根據(jù)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(jīng)低壓離心泵通過家用過濾器砂濾裝置并經(jīng)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(chǎn)品水箱。超濾膜部分:原料水加入一定濃度的聚乙二醇,經(jīng)過流量計計量進入到兩個并聯(lián)的超濾膜,經(jīng)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(jīng)過微型過濾器,在經(jīng)過沙濾筒,在經(jīng)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(jīng)過轉子流量計計量進入到原料槽和產(chǎn)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(shù):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%=×100%=51.5%
Ru越大表示超濾組件分離效果越好。


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