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多功能膜分离实验装置使用说明书

DB-MFL多功能膜分离实验装置使用说明书

一、实验目的
1. 了解不同膜分离工艺的原理、设备及流程。
2. 掌握 EM、UF、RO 和 NF 的适用范围和对象。
二、实验原理
1．微滤（EM）
微滤膜的微孔直径为 0.22μm，当膜的一面遇到具有一定压力、含有一定悬浮颗粒物质的液体时，粒径>0.22μm 的悬浮颗粒物质就被截流在膜的一面，粒径<0.22μm 的悬浮颗粒物质与水分子一起透过微滤膜排出。从而达到分离水体中部分悬浮颗粒物质的目的。
实验采用含有少量悬浮颗粒物质的水进行实验，通过测定进水和出水的浊度来表示微滤膜的处理效果。
2. 超滤（UF）
超滤膜的微孔直径在 10nm—0.1μm，截流分子量在 2—5 万，范围根据需要进行选择。当膜的一面遇到具有一定压力、含有一定量颗粒物质的溶液时，粒径>膜孔径的颗粒物质就被截流在膜的一面。为了防止被截流下来的颗粒物质越来越多而堵塞滤膜，往往采用动态过滤的方法进行超滤，即在进行超滤的同时，利用一股液体流连续冲刷膜表面的截留物，以保持超滤膜表面始终具有良好的通透性。因此，超滤膜设备的出水有二股，一股为透过液（净水），一股为截留物液（浓水）。

超滤膜可以截留溶液中的细菌、病毒、热源、蛋白质、胶体、大分子有机物等等。实验采用含有少量染料物质的水进行实验，通过测定进水、“净水”和“浓水”的色度变化来表示超滤膜的处理效果。
3. 反渗透（RO）
反渗透膜的孔径在 0.1—1nm 之间。反渗透技术是利用高压液体的高压作用，克服渗透膜的渗透压，使溶液中水分子逆方向渗透过渗透膜到达离子浓度较低的一端，从而达到去除溶液中大部分离子的目的。
为了防止被截流下来的其他离子越积越多而堵塞 RO 膜，同样采用动态的方法来进行反渗透，即在进行反渗透的同时，利用一股液体流连续冲刷膜表面的截留物，以保持反渗透膜表面始终具有良好的通透性。因此，反渗透设备的出水也有二股，一股为透过液（净水），一股为截留物液（浓水）。
实验采用自来水进行实验，用在线电导仪测定进水、“净水”和“浓水”的电导率变化，表示反渗透膜的处理效果。
4. 纳滤（NF）
纳滤膜的孔径范围介于反渗透膜和超滤膜之间。纳滤技术是从反渗透技术中派生出来的一种膜分离技术，是超低压反渗透技术的延续和发展分支。一般认为，纳滤膜存在着纳米级的细孔，可以截留 95％的最小分子约为 1nm 的物质。
纳滤膜的特点在于：较低的反渗透压和较高的膜通透性，因此，可以节能；通过纳滤膜的反渗透作用，可以去除多价的离子，保留部分低价的对人体有益的矿物离子。
为了防止被截留下来的其他离子越积越多而堵塞 NF 膜，同样采用动态的方法来进行反渗透，即在进行反渗透的同时，利用一股液体流连续冲刷膜表面的截留物，以保持反渗透膜表面始终具有良好的通透性。因此，纳滤设备的出水也有二股，一股为透过液（净水），一股为截留物液（浓水）。
实验直接采用自来水进行实验，用在线电导仪来测定进水、“净水”和“浓水”的电导率变化，来表示纳滤膜的处理效果。可以采用原子吸收仪或其他的化学方法来测定反渗透出水与纳滤膜出水中的单价离子，二者加以比较，就可以知道纳滤膜出水中保留了比反渗透出水中更多的有益矿物离子。
三、实验流程与设备

四、实验物料配比方法
1、微滤实验用水的准备
对于微滤过程，可选用 1％浓度左右的碳酸钙溶液作为实验采用的料液。透过液用烧杯接取，观察它随料液浓度或流量变化，透过液侧清澈程度变化。
2、反渗透实验用水的准备
反渗透可分离分子量为 100 级别的离子，学生实验自来水为料液，浓度分析采用电导率仪，即分别取各样品测取电导率值，然后比较相对数值即可（也可根据实验前做得的浓度－电导率值标准曲线获取浓度值）。
3、超滤实验用水的准备
本装置中的超滤孔径可分离分子量 5 万级别的大分子，学生实验选用分子量为 6.7 万－6.8 万的牛血清白蛋白配成 0.02％的水溶液作为料液。
4、纳滤实验用水的准备
纳滤实验用水的准备与反渗透实验用水的准备完全一样。

五、实验步骤
根据上述的工艺流程图结合实际的实验设备，仔细了解设备的管路连接、流通方向、取样位置，各个阀门的控制功能，各个压力表所指示的位置，电气控制箱中各控制开关所控制的对象，各显示仪表所对应的检测点。
1. 微滤实验操作步骤
（1）向原水箱2中加入自来水，液位达到水箱液位的3/4。
（2）向水箱中加入适量碳酸钙，配成浓度为0.01%-0.02%碳酸钙溶液（原水浓度可跟据浊度计的量程做适当调整），充分搅拌均匀后取样测量原水浊度。
（3）关闭所有阀门。
（4）全开阀2、阀5、阀7，半开阀1。
（5）打开电源开关,开启不锈钢水泵1，调节阀2，控制进水流量。
（6）观察滤液流量计，无气泡且有滤液排出后，稳定运行1-2分钟，从阀6对滤液进行取样，测量滤液的浊度。
（7）改变微滤进水流量，对微滤出水进行取样。
（8）实验结束后关闭不锈钢水泵1，关闭本次实验使用的所用阀门，关闭电源开关。打开水箱排空阀24，排走水箱中的液体，然后用把水箱清洗干净。

2. 超滤实验操作步骤
（1）向原水箱2中加入自来水，液位达到水箱液位的3/4。
（2）向水箱中加入适量牛血清白蛋白，配成0.02％的水溶液，充分搅拌均匀后取样。
（3）关闭所有阀门。
（4）全开阀2、阀3、阀4、阀5、，半开阀1。
（5）打开电源开关,开启不锈钢水泵1，调节阀2，控制进水流量。调节阀4，使超滤膜的工作压力控制在0.1Mpa。
（6）观察滤液流量计，无气泡且有滤液排出后，稳定运行1-2分钟，从阀6对滤液进行取样，用分光光度计测量滤液的浓度。
（7）调节阀4，改变过滤压力，对超滤出水进行取样测量。
（8）实验结束后关闭不锈钢水泵1，关闭本次实验使用的所用阀门，关闭电源开关。打开水箱排空阀24，排走水箱中的液体，然后用把水箱清洗干净。

3. 反渗透单元实验操作步骤
（1）向原水箱1中加入自来水，液位达到水箱液位的3/4。
（2）关闭所有阀门。
（3）全开阀11、阀12、阀13、阀14，阀19，半开阀9 。
（4）打开电源开关,开启不锈钢水泵2，调节阀12，使反渗透膜的工作压力控制在0.2Mpa。
（5）观察净水流量计，无气泡且有滤液排出后，观察净水电导率的变化情况（实验过程中确保原水箱1中水位正常），当净水电导率稳定后，记录原水和净水电导值。
（6）调节阀12，改变反渗透膜的工作压力，重复步骤5。
（7）实验结束后关闭不锈钢水泵2，关闭本次实验使用的所用阀门，关闭电源开关。打开水箱排空阀22，阀23，排走水箱中的液体。

4. 纳滤单元实验操作步骤
（1）向原水箱1中加入自来水，液位达到水箱液位的3/4。
（2）关闭所有阀门。
（3）全开阀16、阀17、阀18、阀14，阀19，半开阀9 。
（4）打开电源开关,开启不锈钢水泵2，调节阀18，使纳滤膜的工作压力控制在0.2Mpa。
（5）观察净水流量计，无气泡且有滤液排出后，观察净水电导率的变化情况（实验过程中确保原水箱1中水位正常），当净水电导率稳定后，记录原水和净水电导值。
（6）调节阀18，改变纳滤膜的工作压力，重复步骤5。
（7）实验结束后关闭不锈钢水泵2，关闭本次实验使用的所用阀门，关闭电源开关。打开水箱排空阀22，阀23，排走水箱中的液体。

六、 注意事项
（1）每个单元分离过程前，应用清水彻底清洗水箱和管道回路，方可进行实验。对于微滤组件可拆开膜外壳，直接清洗滤芯；对于超滤，纳滤，反渗透膜组件则不可打开，否则膜组件和管路重新连接后可能造成漏水情况发生。
（2）每一学期的实验课程结束后，先用清水清洗管路，然后在原水箱中配制 0.5-1％浓度的甲醛溶液，用水泵逐个将保护液打入各膜组件中，使膜组件浸泡在保护液中。
七、实验报告
1. 计算去除率，并对应流量作图；
2. 计算渗透通量，并对应流量作图。
3. 记录实验数据及处理见表。


DB-MFL 多功能膜分离实验装置
多功能膜分离实验装置
 
 
装置特点 1、加压动力组件采用不锈钢多级高压离心泵，具有高压力、高效率、耐腐蚀、自吸能力强等优点，压力、流量可自由调节。
2、整体结构紧凑，操作简单，运行体积小。
3、系统采用透明塑料管路及配件，承压高、耐腐蚀、且密封性好。
装置功能 1、体现膜分离组件的基本结构及流程。
2、可进行超滤、微滤透、反渗纳滤透、纳滤4种膜分离工艺的系统实验；掌握4种膜的适应范围和操作方法。
3、可根据进水、浓水和净水的流量及含盐量，计算回收率、脱盐率；研究影响反渗透膜分离性能的主要因素及其影响规律。
主要配置 出水槽、原水槽、高压泵、离心泵、预过滤器、反渗透膜组件、纳滤膜组件、超滤组件、微滤膜组件、压力表、液体流量计、压力控制器、电导率仪、管路、阀门、高品质铝合金型材框架。
公用设施 水：装置自带水箱，连接自来水。实验时由水箱循环泵送入系统，循环使用。
电：电压AC380V，功率2.0KW，标准三相四线制。每个实验室需配置1～2个接地点（安全地及信号地）。
实验物料：自来水或聚乙二醇，外配设备：分光光度计
技术参数 1、预过滤器：20英寸5μm粗滤器，数量2个。
2、反渗透膜组件采用采用4040型膜，膜直径：φ100mm；长度：1014mm；脱盐率：95%；最大压力：3.16MPa。采用不锈钢压力容器。
3、超滤膜组件：聚丙烯中孔纤维，孔径：0.01—0.3μm,孔隙率：50%-55%，截留分子量：5万,使用温度：44℃-73℃；最大工作压力：4Kg/cm2，出水量为60-600L/h。
4、纳滤膜组件采用4040型膜，不锈钢外壳，进水pH 值3.0—10，最高进水温度45-80℃。采用不锈钢压力容器。
5、 微滤膜组件：块状炭 + 工程塑料外壳，出水量250-2500L/H，孔径0.2μm。
6、电导率仪测量：反渗透膜进水、出口淡水、出口浓水，纳滤膜进水、出口淡水、出口浓水的浓度变化。共计6台在线电导率仪，量程0-1999μS/cm。
7、微滤膜出水流量：管式流量计，测量范围60-600L/h。
8、超滤膜淡水和浓水流量：管式流量计，测量范围25-250L/h。
9、反渗透膜淡水和浓水流量：管式流量计，测量范围16-160L/h。
10、纳滤膜淡水和浓水流量：管式流量计，测量范围16-160L/h。
11、压力：不锈钢指针防震压力表，测量范围0-0.6MPa和0-1.6MPa。
12、不锈钢多级高压离心泵：流量范围1.0-2.5 m3/h ，扬程40-102m，功率0.75KW。
13、不锈钢离心泵：流量范围0.5-3.5 m3/h，扬程16-28m，功率0.55KW。
14、原水槽：容积80L，优质PP材质，厚度8mm。
15、出水槽：容积80L，优质PP材质，厚度8mm。
16、管路：透明，壁厚≥2.0mm，透明可视材质。
17、压力开关：0～0.6MPa，低压保护，延时保护。
18、电压：380V，总功率：2.0kW。
19、正泰电器：接触器、带灯开关、漏电保护空气开关。
20、外形尺寸：2000×550×2000mm（长×宽×高），外形为可移动式设计，带刹车轮，高品质铝合金型材框架，无焊接点，安装拆卸方便，水平调节支撑型脚轮。
21、工程化标识：包含设备位号、管路流向箭头及标识、阀门位号等工程化设备理念配套，使学生处于安全的实验操作环境中，学会工程化管路标识认知，培养学生工程化理念。
测控组成 变量 检测机构 显示机构 执行机构
电导率 电导传感器 电导率显示仪 无
流量 转子流量计 转子流量计 手动阀控
膜分离压力 指针式压力表 压力表就地显示 无
 

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