(1)反滲透膜 在特定的溶液系統(tǒng)和操作條件下,反滲透膜主要是通過(guò)溶質(zhì)分離率;溶劑透過(guò)、流速流量衰減系數(shù)三個(gè)參數(shù)來(lái)標(biāo)明使用性能。
溶質(zhì)分離率:溶質(zhì)分離率又稱截留率,對(duì)于溶液又稱脫鹽率,是指通過(guò)反滲透膜從系統(tǒng)進(jìn)水中去除可溶性雜質(zhì)的百分比。它以下式定義:R=(1-c3/c2)X100%
而通常實(shí)際測(cè)定的是溶質(zhì)的表觀分離率,定義為RE = (I- c3/Cl )X 100%
式中的Cl、C2、c3分別為被分離的主體溶液濃度、在高壓側(cè)膜與溶液的界面濃度和膜的透過(guò)液濃度。
水中可溶性雜質(zhì)透過(guò)膜的百分比稱為透鹽率。透鹽率=100%-脫鹽率
②溶劑透過(guò)速度:對(duì)水溶液體系義稱透水率或水通量,溶劑透過(guò)速度是指反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)能,即單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)膜水量,通常用t/h來(lái)表示。如果用單位膜面積上透過(guò)液的流率來(lái)表示,則稱為膜的透過(guò)速率,常以下式定義:j=V/(SXt), 式中,J是透過(guò)液的容積或質(zhì)量,S是膜的有效面積,V是2時(shí)間內(nèi)透過(guò)液的總?cè)莘e或總重量,基是運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)通常以mL/cmh/為早位,工業(yè)生嚴(yán)常以L/(m2.d)為單位。
過(guò)高的滲透流率將導(dǎo)致垂直于膜表面的水流速加快,加劇膜污染。
③膜的流量衰減系數(shù):是指膜因壓密和濃差極化而引起的膜透過(guò)速度隨時(shí)間衰減的程度。
上述反滲透膜性能的三個(gè)重要參數(shù),是用特定的膜在特定的溶液和操作條件下測(cè)試的結(jié)果。它是膜的應(yīng)用特性參數(shù),但對(duì)不同的膜和不同的溶液及操作條件,膜性能難以對(duì)照,為此還建立了表征膜自身性能的兩個(gè)重要參數(shù),即純水透過(guò)系數(shù)和藹質(zhì)滲透系數(shù)。
(2)超過(guò)濾膜 超過(guò)濾膜對(duì)溶質(zhì)的分離率同樣可以用上述反滲透中的定義,但更多的是: 用截留相對(duì)分子質(zhì)量來(lái)表征膜對(duì)不同相對(duì)分子質(zhì)量溶質(zhì)的分離能力,它是由截留相對(duì)分子質(zhì)量曲線來(lái)表示的。
①截留相對(duì)分子質(zhì)量:截留相對(duì)分子質(zhì)量或稱相對(duì)分子質(zhì)量截留值,是指阻留率達(dá)90%以上的最小被截留物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量,它表示了每種超濾膜所額定的截留溶質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量的范圍,大于這個(gè)范圍的溶質(zhì)分子絕大多數(shù)不能通過(guò)該超濾膜。但是,由于額定截留相對(duì)分子質(zhì)量的水平多以球形溶質(zhì)分子的測(cè)定結(jié)果表示,而受試溶質(zhì)分子能否被截留及阻留率的大小還與其分子形狀、化學(xué)結(jié)合力、溶液條件及膜孔徑差異有關(guān),相同相對(duì)分子質(zhì)量的質(zhì)阻留率不盡相同。用具有相同相對(duì)分子質(zhì)量及截留值的不同膜材料制備的超濾膜對(duì)同一物質(zhì)的阻留率也不完全一致。
②透過(guò)速度:透過(guò)速度是超濾技術(shù)效率的重要參數(shù)。通常用在。定壓力下每分鐘通過(guò)位膜面積的液體量來(lái)表示,表示法同反滲透的透過(guò)速度。它不僅和膜的孔徑大小有關(guān),而且和膜的結(jié)構(gòu)類別有關(guān)。
在實(shí)際操作過(guò)程中,超濾的透過(guò)速度和膜選擇性是同溶質(zhì)分子特性(除了相對(duì)分子質(zhì)量外,還有分子形狀、電荷、溶解度等因素)、膜的性質(zhì)(除孔徑外,還有膜結(jié)構(gòu),電荷等)i 以及膜裝置和超濾運(yùn)轉(zhuǎn)條件等因素決定的。
④溶質(zhì)分子性質(zhì)和濃度:包括溶質(zhì)分子大小、形狀和帶電性質(zhì)。一般來(lái)說(shuō),相對(duì)密度大的纖維分子擴(kuò)散性差,對(duì)流速的影響較大,在—定壓力下濃縮到-定程度時(shí),、大溶質(zhì)分子很容易在膜的表面達(dá)到極限濃度而形成半固體狀的凝膠層,使流速達(dá)不到極限水平。而且,隨著凝膠層的不斷增厚,原先能透過(guò)膜的小分子溶質(zhì)和溶劑也受阻礙,流速越來(lái)越低,直至降到最低點(diǎn)。反之,相對(duì)密度較小的球形分子較易擴(kuò)散,在一定壓力下雖也形成濃度梯度,但不易形成凝膠層,且隨著壓力的增加,流率也有相應(yīng)提高。在一定壓力下,稀溶掖比濃溶流速高得多,一般稀溶液濃縮至一定濃度時(shí)流速才逐漸下降。 用補(bǔ)充溶液來(lái)稀釋的辦法可以減少濃度極化,加快流速,但延長(zhǎng)了過(guò)濾時(shí)間。
⑥膜的性質(zhì):主要指膜的孔徑、結(jié)構(gòu)及吸附性質(zhì)。在保證分辨率的前提下,使用孔徑大的濾膜有利于提高過(guò)濾效率。各向異性膜不易被分子大小與孔徑相當(dāng)?shù)娜苜|(zhì)顆粒所堵塞,
因而便于提高分辨率和流速。膜的化學(xué)組成不同,對(duì)各種溶液分子的吸附情況也不相使用時(shí)i:應(yīng)盡量選擇吸附溶質(zhì)少的膜。
⑧超濾裝置和操作條件:其中包括膜或組合膜的構(gòu)造、超濾器的結(jié)構(gòu)以操作壓、攪拌情況和液體物料的溫度、黏度、pH、離子強(qiáng)度等因素。設(shè)備方面應(yīng)考慮有效過(guò)濾面積、防止極化的措施、操作壓力和壓力損失以及設(shè)備對(duì)物料黏度的限制等。
對(duì)于具有高度擴(kuò)散性的溶質(zhì)分子和較稀的溶液,增壓能增加流速,但增壓也月爭(zhēng)加速濃度,故開始增壓時(shí)流速增加較快,當(dāng)壓力增至一定程度時(shí),流速增加便減慢,二者并不成比例。對(duì)于易生成凝膠的溶質(zhì),一旦形成凝膠層,增壓對(duì)流速就不再起作用。因此,對(duì)于溶質(zhì)應(yīng)選擇不同的操作壓力。
攪拌和振蕩可以在一定程度上破壞溶質(zhì)在膜表面形成的濃度梯度,即加快溶質(zhì)分子的的擴(kuò)散,減少濃度極化,從而提高流速。
升高溫度通?梢越档腿芤吼ざ燃皽p少凝膠的形成,但溫度過(guò)高易使活性分子變性。
溶液pH、離子強(qiáng)度及溶劑性質(zhì)等因素對(duì)流速均有影響。可以認(rèn)為,能增加溶質(zhì)溶解度、降低膜吸附或減少溶液形成凝膠傾向的因素,都能增加超濾的流速。