凈水器核心過濾技術分類

   時間:2014-03-12 16:33:45
凈水器核心過濾技術分類簡介
  凈水器核心過濾技術分類  活性炭的原料通常為木材、椰殼、果殼,植物在生長過程中會從土壤中吸取各種化學物質,如果土壤中砷含量較高,則相應的木材、……
凈水器核心過濾技術分類正文

凈水器核心過濾技術分類
活性炭的原料通常為木材、椰殼、果殼,植物在生長過程中會從土壤中吸取各種化學物質,如果土壤中砷含量較高,則相應的木材、椰殼、果殼中也會含砷,並導致活性炭中含砷。此外,在炭化和活化時如果使用的燃料(如煤)中含砷,就會帶到活性炭中。在活性炭活化中加入的化學品(如氯化鋅)中含砷,也會帶到活性炭中。
而當活性炭、濾芯、膜元件、凈水器等在製造、安裝過程中受到細菌污染,溶入浸泡水中並在水中繁殖,就會造成菌落總數超標。凈水器有機物的去除也要依靠活性炭,活性炭的質量、數量、顆粒度大小等都有可能降低凈水器有機物的去除。
(1) 超濾原理
超濾是一種分離技術,能夠將溶液凈化、分離或者濃縮。超濾是介於微濾和納濾之間的一種膜過程,膜孔徑範圍為0.5µm(接近微濾)~1nm(接近納濾)。超濾的典型應用是從溶液中分離大分子物質(如細菌)和膠體,通常認為,所能分離的溶質相對分子質量下限為幾千。超濾膜可視為多孔膜,其截留取決於膜的過濾孔徑和溶質的大小、形狀。溶劑的傳遞正比於操作壓力。
(2) 超濾膜的類型
超濾膜是多孔的,但與微濾膜相比,其結構更具有不對稱性,這種不對稱膜包括一個很薄的皮層(一般<1µm)和一個多孔亞層。所以超濾膜的表徵主要是皮層表徵即厚度。孔徑分佈和表面孔隙率,超濾膜皮層典型的孔徑在2~100nm範圍內。
按膜的外形特徵可將超濾膜分為:平板膜、管式超濾膜,內徑>10nm、毛細管式超濾膜,內徑0.5~10.0nm、中空纖維超濾膜,內徑<0.5nm、多孔超濾膜。
(3)制膜材料 可用於製造超濾膜的材料很多,分為有機高分子材料和無機材料兩大類。
①有機高分子材料
纖維素酯類:主要有二醋酸纖維素(CA),三醋酸纖維素(CTA),混合纖維素(CACN)等。這類材料製造的超濾膜親水性好、成孔性好,材料來源廣泛、穩定,成本較低。但這種材料耐酸鹼性能差。
聚碸類如聚碸(PS)和磺化聚碸(SPS)和聚醚碸(PES)等;用這種材料制膜,易成型,膜機械強度好,耐熱、耐化學性能也較好。是目前用得較多的材料。
氟材料:目前主要用的是聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTEE),這種材料的超濾膜具有極優良的機械強度和耐高溫、耐化學侵蝕性性能,使用溫度40~260℃,可在強酸、強鹼和多種有機溶劑條件下使用,但成本很高。
無機材料:這是近幾年來開發的新型制膜材料,主要有陶瓷、玻璃、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋅(ZnO2)和金屬,目前國內還處於實驗室研究階段,尚未商品化生產,這種材質的超濾膜最突出的優點是耐高溫,耐有機溶劑性能好,不易老化,可再生性強,適用於特種分離。
(3) 超濾膜的保存方法 膜製成成品后,需要對其進行保存,膜保存的方法有濕態和干態兩種,其目的是為防止膜水解、微生物侵蝕、凍結及收縮變型、膜失效等。
① 膜的濕態保存方法:保存濕態膜最主要的一點就是始終讓膜呈現濕潤狀態。一般常用膜保存液的配方為:
水?甘油?亞硫酸氫鈉=79.1?20?0.9
保存液溫度在5~40℃.亞硫酸氫鈉的作用是防止微生物在膜表面繁殖及侵蝕膜。甘油的目的為了降低保存液的冰點。防止因結冰而損壞膜,配方中的亞硫酸氫鈉可用戊二醛、硫酸銅等其他對膜無傷害的抑菌劑代替。
對醋酸纖維素膜,pH值在4.5~5,可降低膜的水解速度,一般在抽真空的條件下,保存液的有效期為1年。
濕態膜會由於脫水產生收縮變形現象,使膜孔大幅度縮小,或使膜結構遭到破壞,同時使膜的質地變脆,甚至使膜的過濾作用完全失效。
② 干態膜的保存方法 目前商品化的超濾膜,基本上都是干態膜的形式。因為這不僅有利於存放和運輸,而且也是製作膜組件所必需的(封膠時要求膜是干態)。
(5)超濾膜的結構特點
目前商品化的超濾膜都是不對稱膜,由緻密的表皮層和多孔的支撐層構成。皮層的厚度約為0.1~0.25µm,多孔支撐層的厚度約為100~250µm,而多孔支撐層在靠近皮層部分是具有微細孔結構的過渡層,最下層是具有較大孔徑的支持層。
(6)超濾膜的表徵
膜的特徵分為外觀表徵及性能表徵。外觀表徵是指膜的厚度、皮層結構等,性能表徵是指膜的理化性能和分離透過性能。膜的理化性能主要包括膜的結構強度、耐化學性、耐熱溫度範圍和適用pH值範圍,分離透過性能主要是指透水速率和截留分子量、截留率等。
① 厚度:在其他表徵相同的條件下,其厚度越小,通量越大,壓損越小,支撐層的厚度的大小,取決於膜的強度和剛性。
膜內徑:對管式膜而言,膜的內徑與厚度的比值直接影響了膜的強度和剛性,它的大小也是區分管式膜、毛細管膜及中空纖維膜的主要依據,也是決定單位體積內膜充填密度的主要因素。
③ 支撐層結構:一般有兩種類型,指狀孔結構和海綿狀結構,指狀孔結構阻力小,海綿狀結構強度高。
④ 膜孔徑:超濾膜孔徑一般為0.05µm~1nm。
⑤ 截留能力:通常用截留分子量(90% 能被膜截留的分子量)來表示,膜的截留值通常以絕對方式給出。(某膜的截留分子量為10000萬,即為分子量大於10000萬的所有物質90%
以上被截留)。當分子量一定時,剛性分子較之柔性分子、球形和側鏈分子較直線型分子有更大的截留值。
【納濾膜原理:】
(1) 納濾膜定義 到目前為止,對納濾膜的準確定義、機制、特徵等的認識還遠遠不充分。學術界比較統一的解釋納濾膜的定義包括以下七個方面:
① 納濾膜介於反滲透和超濾膜之間,其膜表面分離皮層可能具有納米級微孔結構。
② 相對於反滲透膜NaCI的脫除率均在95%以上,一般將NaCI脫除率為90%以下的膜均可稱之為納濾膜。
③ 反滲透膜幾乎對所有溶質都有很高的脫除率,而納濾膜只對特定的溶質具有脫除率。
④ 納濾膜孔徑在1nm以上,一般1~2nm。
⑤ 主要去除一個納米左右的溶質粒子,截留分子量在200~1000道爾頓。
⑥ 反滲透膜幾乎均為聚醯胺材質,而納濾膜材料可採用多種材質,如醋酸纖維素、醋酸-三醋酸纖維素、磺化聚碸、磺化聚醚碸、芳香聚醯胺複合材料和無機材料等。
⑦ 一般納濾膜的表面形成高聚物電解質因而常常有較強的負電荷性。
(2) 納濾原理
與超濾及反滲透等膜分離過程一樣,納濾也是以壓力差為推動力的膜分離過程,是一個不可逆過程。其分離機制可以運用電荷模型(空間電荷模型和固定電荷模型)、細孔模型以及近年來才提出的靜電排斥和立體阻礙模型等來描述。與其他膜分離過程比較,納濾的一個優點是能截留透過超濾膜的小分子量的有機物,又能透析反滲透膜所截留的部分無機鹽——也就是能使“濃縮”與脫鹽同步進行。
NF膜分離需要的跨膜壓差一般為0.5~2.0MPa,比用反滲透膜達到同樣的滲透能量所必須施加的壓差低0.5~3MPa。在同等的外加壓力下,納濾的通量要比反滲透大得多,而在通量一定時,納濾所需的壓力則比反滲透的低很多。所以用納濾代替反滲透時,“濃縮”過程可更有效、快速地進行,並達到較大的“濃縮”倍數。一般來講,在使用納濾膜進行的膜分離過程中,溶液中各種溶質的截留率有如下規律:
① 隨著摩爾質量的增加而增加;
② 在給定進料濃度的情況下,隨著跨膜壓差的增加而增加;
③ 在給定壓力的情況下,隨著濃度的增加而下降;
④ 對於陰離子來說,按NO3ˉ、CIˉ、OHˉ、SO42ˉ、CO42ˉ 順序上升。
⑤ 對於陽離子來說,按H+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+ 順序上升。
(3) 納濾膜應用 納濾膜的這些性能決定了其在飲水處理中特有的廣闊的應用,簡述如下。
  

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