CN209143773U - 组合膜分离实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种组合膜分离实验装置，包括原水水箱和纯水水箱，所述原水水箱的出液口分别连通反渗透膜组件、纳滤膜组件和超滤膜组件的料液入口，所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的透过液出口分别连通所述纯水水箱。该组合膜分离实验装置可用于不同种类膜组件的学习也可用于溶液的浓缩分离，可以进行反渗透膜、纳滤膜和超滤膜三种膜分离实验，适用范围广，其组合膜过程可分离分子量为几十的离子物质到分子量几十万的蛋白质分子。

Description

组合膜分离实验装置

技术领域

本实用新型涉及膜分离实训装置，具体涉及一种组合膜分离实验装置。

背景技术

膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔，根据孔径大小可以分为：超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（RO）等，膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术，膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一，膜分离工艺参数一般需要经过实验获得，但是，现有的膜分离实验设备，一般只能进行单一的膜分离实验，学生使用的膜分离实验设备无法进行不同半透膜的对比，不利于学生对于膜分离的原理进行理解。

因此，针对上述情况而设计出一款通用性好，结构简单，使用方便，可以实现进行多种膜分离实验的组合膜分离实验装置具有现实意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种组合膜分离实验装置。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种组合膜分离实验装置，包括原水水箱和纯水水箱，所述原水水箱的出液口分别连通反渗透膜组件、纳滤膜组件和超滤膜组件的料液入口，所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的透过液出口分别连通所述纯水水箱。

基于上述，所述原水水箱的取样口以及所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的透过液出口分别设置电导率仪。

基于上述，所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的浓缩液出口分别连通所述原水水箱的进液口。

基于上述，所述原水水箱的出液口通过高压泵分别连通所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的料液入口。

基于上述，所述原水水箱的出液口和所述高压泵之间的管路上设置增压泵。

基于上述，所述增压泵和所述高压泵之间的管路设置过滤器。

基于上述，所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的浓缩液出口和所述原水水箱的进液口之间设置浓缩液流量计。

基于上述，所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的透过液出口和所述纯水水箱的进液口之间设置透过液流量计。

基于上述，该组合膜分离实验装置还包括保护液储瓶，所述保护液储瓶分别和所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件连通。

基于上述，所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的料液入口和透过液出口分别设置压力计。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体地说，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的组合膜分离实验装置可以进行反渗透膜、纳滤膜和超滤膜三种膜分离实验，反渗透可用于海水脱盐等小分子盐类的脱除，纳滤能用于钙镁离子的脱除，超滤膜可用于大分子量蛋白质的浓缩与分离；因此，本实用新型提供的组合膜分离实验装置可用于不同种类膜组件的学习，也可用于溶液的浓缩分离，适用范围广。该组合膜分离实验装置可分离分子量为几十的离子物质到分子量几十万的蛋白质分子，使学生可以通过实验掌握三种不同膜的分离原理和工艺过程，了解超滤膜、纳滤膜、反渗透膜的结构特点与操作方法，根据进水、浓水和纯水的流量及溶质含量，计算系统回收率、溶质截留率；进一步，所述原水水箱的取样口、以及所述反渗透膜组件和所述纳滤膜组件的透过液出口分别设置电导率仪，以便计算纳滤膜、反渗透膜的溶质截留率；所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的料液入口连接的管路上设置过滤器，避免原料液中杂质造成所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件或所述超滤膜组件堵塞。

附图说明

图1 是本实用新型中组合膜分离实验装置的结构示意图。

图中：1.原水水箱；2.纯水水箱；3.增压泵；4.高压泵；5. pp棉过滤器；6.活性炭罐过滤器；7.反渗透膜组件；8.纳滤膜组件；9.超滤膜组件；10.浓缩液流量计；11.透过液流量计。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种组合膜分离实验装置，包括原水水箱1和纯水水箱2，所述原水水箱1的出液口分别连通反渗透膜组件7、纳滤膜组件8和超滤膜组件9的料液入口，所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜组件9的透过液出口分别连通所述纯水水箱2。通过该实验装置可以分别进行反渗透、纳滤和超滤三种膜分离实验，掌握三种不同膜的分离原理和工艺过程，了解超滤膜、纳滤膜、反渗透膜的结构特点与操作方法，通过检测原水水箱1和纯水水箱2的溶质含量可以计算半透膜对溶质的截留率。反渗透可用于海水脱盐等小分子盐类的脱除，纳滤能用于钙镁离子的脱除，超滤膜可用于大分子量蛋白质的浓缩与分离，小分子盐类和钙镁离子的含量可以通过电导率仪测定电导率反应，蛋白质等大分子量的含量可以通过可见分光光度计测定。

具体的，为了控制原水水箱1与反渗透膜组件7、纳滤膜组件8和超滤膜组件9的料液入口的连通，原水水箱1的出液管道上设置阀门VA01，反渗透膜组件7、纳滤膜组件8和超滤膜组件9的料液入口分别设置阀门VA02-VA04。为了控制所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜组件9的透过液出口分别和所述纯水水箱2连通，所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜组件9的透过液出口分别设置阀门VA08-VA10。

进一步为了电导率测定方便，可以在所述原水水箱1的取样口以及所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜组件9的透过液出口分别设置电导率仪，参见图1中KI01-KI04。

进一步为了回收溶质，所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜组件9的浓缩液出口分别连通所述原水水箱1的进液口。为了控制所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜组件9的浓缩液出口分别和所述原水水箱1的进液口之间的连通情况，所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜组件9的浓缩液出口分别设置阀门，具体参见图1中VA05-VA07，另外，所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜组件9的浓缩液出口和所述原水水箱1的进液口连通的浓缩液管路上还设置排净阀VA13。

进一步，所述原水水箱1的高度低于所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜9组件，所述原水水箱1的出液口通过高压泵4分别连通所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜组件9的料液入口。

进一步，所述原水水箱1的出液口和所述高压泵4之间的管路上设置增压泵3。

进一步，所述增压泵3和所述高压泵4之间的管路上依次设置活性炭罐过滤器、pp棉过滤器。

进一步，为了进行流量控制，所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜组件9的浓缩液出口和所述原水水箱1的进液口之间设置浓缩液流量计10。所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜组件9的透过液出口和所述纯水水箱2的进液口之间设置透过液流量计11。所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜组件9的料液入口和透过液出口分别设置压力计，具体参见图1中PI01-PI04，使用时注意通过阀门的开合程度调整压力，避免压力突然增大对膜组件造成伤害。

进一步，该组合膜分离实验装置还包括保护液储瓶12，所述保护液储瓶12分别和所述反渗透膜组件7、所述纳滤膜组件8和所述超滤膜组件9连通。若系统停机时间不超过七天，要用不含氧化剂的水冲洗系统至少30分钟，然后在系统充满冲洗液的情况下，关闭所有进出口阀门。当水温超过20℃时，每日重复上述步骤一次，温度低于20℃时，每2日重复上述冲洗步骤一次。若系统停机时间超过七天，按正常流程将膜清洗完之后，用质量分数0.5%-1%的亚硫酸氢钠溶液充满膜组件，关闭所有进出口阀门，每30天重复上述步骤2-3次。

该组合膜分离实验装置的使用方法如下：

一、超滤膜性能测试实验

本实验中超滤膜：聚醚砜材质，膜面积1.4 m2，截留分子量10000道尔顿，常规运行压力0.2～0.8MPa，运行温度5～55℃；超滤膜性能的测试用质量浓度为100ug/ml（ppm）左右的PVA溶液为备用液，PVA与特定显色剂反应生成兰绿色络合物，此络合物在波长为690nm处有一最大吸收，因此测此络合物的吸光度可直接求出溶液中聚乙烯醇的含量。通过测定原料液和透过液中PVA的浓度，计算超滤膜对PVA的截留率。

1.配浓度50ppm的原料液

首先根据水箱中去离子水的体积称量浓度50ppmPVA溶液所需PVA的质量，将PVA固体加入适量冷水中充分溶胀，然后边搅拌边升温到95℃以上加速溶解，将充分溶解后的PVA溶液加入水箱，搅拌均匀后备用。

2.显色剂的配置

0.006mol/L碘溶液：称取0.15g碘，0.45gKI，定容到100ml的容量瓶中。

0.64mol/L硼酸溶液的配置：称取3.96g硼酸定容到100ml的容量瓶中。

显色剂为以上浓度碘溶液和硼酸溶液按照3∶5体积比混合后的溶液。

3.绘制标准曲线

首先用质量浓度为100ug/ml的PVA溶液，分别取1ml，2ml，5ml，8ml，10ml浓度为100ug/ml的PVA溶液于50ml容量瓶中，分别在每个容量瓶中加入10ml显色剂（如果线性不好可改为在标准溶液和待测液中均加20ml显色剂），定容，配置浓度分别等于2、4、10、16、20mg/L的PVA溶液（具体浓度可根据实验要求自行选择，建议浓度最大不超过50mg/L），充分混合后放入比色皿中检测吸光度，根据朗伯比尔定律做出吸光度与浓度的关系曲线。

注：在用吸光度进行检测时要做空白试验，即取相同体积的显色剂于50ml容量瓶中，然后加去离子水定容至刻度，检测空白溶液吸光度。

PVA浓度测试方法

取样：分别取不同压力下透过液与原料液于50.0mL滴瓶中，然后分别用移液管取原料液5.0mL至50ml容量瓶中，取透过液25.0mL至50ml容量瓶中加入10ml显色剂，定容，显色15min，检测，分别记录不同溶液的吸光度。

二、纳滤膜性能检测实验

本实验纳滤膜：聚酰胺复合膜，膜面积1.3m2，允许最高温度45℃，截留分子量200道尔顿，长期运行允许pH范围4-10；此系列纳滤膜对不同价态离子截留能力差异很大，体现出很强的选择透过性能。特别在降低硬度方面截留率可达98%，水质软化性能优异。因此此检测实验用硫酸镁溶液做原料液，检测纳滤膜对硫酸镁的截留性能。

首先配置0、10ppm、50ppm、100ppm、1000ppm五种不同浓度硫酸镁溶液，测定不同溶液电导率，做电导率和浓度关系曲线。

开始实验：首先检测阀门VA01及另外两只膜相关的阀门VA02、 VA04 、VA05、VA07、 VA08 、VA10处于关闭状态，然后打开阀门VA03、 VA06、 VA09，依次启动增压泵P01和高压泵P02，缓慢调节阀门VA01至最大，此时进膜压力表示数为零，然后缓慢调节阀门VA06，增加进膜压力（膜元件进水要逐渐升压，升压到正常状态的时间不少于60秒），分别记录不同进膜压力下浓水流量、纯水流量和电导率示数KI01和KI03。根据电导率示数带入标准曲线，计算纳滤膜对溶质的截留率。

三、RO（反渗透）膜性能检测

反渗透膜能截留大于0.0001微米的物质，是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过。此RO（反渗透）膜性能检测用氯化钠溶液做原料液，测定不同压力下RO膜对氯化钠的截留率。本实验中反渗透膜：聚酰胺复合膜，膜面积1.4m²，允许最高温度45℃，长期运行允许pH范围4-10；

首先配置0、10ppm、50ppm、100ppm、1000ppm五种不同浓度氯化钠溶液，测定不同溶液电导率，做电导率和浓度关系曲线。

开始实验：首先检测阀门VA01及另外两只膜相关的阀门VA03、 VA04 、VA06、VA07、 VA09 、VA10处于关闭状态，然后打开阀门VA02、 VA05、 VA08，依次启动增压泵P01和高压泵P02，缓慢调节阀门VA01至最大，此时进膜压力表示数为零，然后缓慢调节阀门VA05，增加进膜压力（膜元件进水要逐渐升压，升压到正常状态的时间不少于60秒），分别记录不同进膜压力下浓水流量、纯水流量和电导率示数KI01和KI02。根据电导率示数带入标准曲线，计算RO膜对溶质的截留率。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种组合膜分离实验装置，其特征在于：包括原水水箱和纯水水箱，所述原水水箱的出液口分别连通反渗透膜组件、纳滤膜组件和超滤膜组件的料液入口，所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的透过液出口分别连通所述纯水水箱。

2.根据权利要求1所述的组合膜分离实验装置，其特征在于：所述原水水箱的取样口以及所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的透过液出口分别设置电导率仪。

3.根据权利要求1或2所述的组合膜分离实验装置，其特征在于：所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的浓缩液出口分别连通所述原水水箱的进液口。

4.根据权利要求3所述的组合膜分离实验装置，其特征在于：所述原水水箱的出液口通过高压泵分别连通所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的料液入口。

5.根据权利要求4所述的组合膜分离实验装置，其特征在于：所述原水水箱的出液口和所述高压泵之间的管路上设置增压泵。

6.根据权利要求5所述的组合膜分离实验装置，其特征在于：所述增压泵和所述高压泵之间的管路设置过滤器。

7.根据权利要求4-6任一项所述的组合膜分离实验装置，其特征在于：所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的浓缩液出口与所述原水水箱的进液口之间设置浓缩液流量计。

8.根据权利要求4-6任一项所述的组合膜分离实验装置，其特征在于：所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的透过液出口与所述纯水水箱的进液口之间设置透过液流量计。

9.根据权利要求4-6任一项所述的组合膜分离实验装置，其特征在于：它还包括保护液储瓶，所述保护液储瓶分别和所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件连通。

10.根据权利要求4-6任一项所述的组合膜分离实验装置，其特征在于：所述反渗透膜组件、所述纳滤膜组件和所述超滤膜组件的料液入口和透过液出口分别设置压力计。