实验一 逆渗透与薄膜分离

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1、實驗一逆滲透與超過濾薄膜分離（Counterseepageandultrafiltrationmembraneseparation）一、實驗目的1.熟悉薄膜分離操作原理。2.測量逆滲透與超過濾薄膜之去鹽率、壓力差與質量通量關係，進而求得薄膜特性數。二、實驗原理在水處理的應用上，薄膜分離技術（membraneseparation）因其較低的能量消耗已逐漸取代蒸餾法成為主要的淨水方法。在薄膜分離技術中，逆滲透（ReverseOsmosis，RO）與超過濾（ultrafiltration，UF）兩種分離方法具有代表性。RO目前已大規模應用於海水淡

2、化（desalination），是中東沙漠國家獲取淡水的主要方法；UF則廣泛用於廢水處理程序中。圖一薄膜處理技術之有效範圍薄膜分離的原理是利用有選擇性的薄膜，容許阻隔特定分子離子或粒子通過薄膜以達分離之目的。薄膜內輸送機構，若屬於固體中分子離子擴散的輸送現象，則是逆滲透；若屬於多孔質內的曲折黏性流體流動，則是超過濾。所以逆滲透薄膜選擇性分離尺寸是在分子或離子的範園，而超過濾薄膜選擇性分離的尺寸則較大。在巨分子或微米級粒子的範圈（如圖一所示），為各種分離法的有效分離範圍圖中顯示逆滲透與超過濾的有效分離範圍，間有相當程度的重疊。逆滲透膜的擴散模

3、式可分別考慮水與鹽兩成份的擴散在穩態條件下，滲透液（純水）通量與膜兩側壓力差有下式關係:（10.1）（10.1）式中Nw為溶劑（水）的質量通量，Kg（水）/s．m2，Δp為進口壓力與出口壓力差，N/m2(atm)；Δπ為進口溶液與出口滲透液的滲透壓，N/m2(atm)；Aw為溶劑（水）的滲透常數，Kg（水）/N．S或kg（水）/s．m2．atm。對於超過濾膜而言，上式仍然成立，但忽略滲透壓差。滲透鹽通量與兩側鹽濃度差有下列關係:（10.2）（10.2）式中Ns為溶質（鹽）的質量通量，Kg（鹽）/s．m2；Cl與C2分別為進口溶液與出口溶液的

4、鹽溶度，Kg（鹽）/m3；As代表溶質的滲透常數，m/s；Aw與As即代表膜的分離特性。以海水淡化所使用的RO膜為例，膜材質要求要具有高Aw（代表純水分離效率高）且低As值（代表有效阻隔鹽）。評估膜管去除鹽的能力，常用去鹽率（rejectionratio或desalinationratio）代表，定義如下：（10.3）三、實驗儀器四、注意事項：1.測完RO膜後將控制面板上開關切至UF膜時，迴流閥應保持不變無需再做調整，直接調整UF壓力控制閥即可；若不慎改變迴流閥之流量，則須將控制面板上開關切回RO重新調整壓力大小後，再切至UF膜進行測定2.

5、實驗結束後用RO過濾以清洗RO膜上本次實驗殘留的食鹽（原水槽的水量不可低於出水孔），最後再將3個水槽清洗乾淨並擦拭乾淨五、問題與討論1.比較RO膜與UF膜之特性，及其應用上之異同。2.簡述「滲透壓」的定義。六、產業應用（1）RO膜應用：n海水淡化也稱海水化淡、海水脫鹽，是指將水中的多餘鹽分和礦物質去除得到淡水的過程。海水淡化主要是為了提供飲用水和農業用水，有時食用鹽也會作為副產品被生產出來。n海水淡化在中東地區很流行，在某些島嶼和船隻上也被使用。海水淡化需要大量能量，所以在不富裕的國家經濟效益並不高。n海水淡化原理是利用一張只准水分子透過，

6、不許鹽分子透過的半透膜，將容器分成兩半。在膜的兩則分別注入純水及含鹽水，讓兩側的高度一樣高。過了一段時間後，鹽水的液面升高，純水的液面下降，這是由於純水一側的水分子透過半透膜在向鹽水那側轉移。當滲透達到平衡時，鹽水一側的水柱高於純淨水一側的水柱，這種現象產生於所謂的「滲透壓」，這滲透壓的高低取決於鹽水濃度的高低。（2）UF膜應用：n利用經膜負壓(Trans-membranouspressure，TMP又稱之為透析液壓力dialysatepressure)的壓力控制或體積控制達到超過濾，去除水份的目的。n目前市場上的透析機器的超過濾控制系統，

7、一般區分為流量感應系統及機械原理系統二大類。此二大系統均是直接感應或評估出透析液進出透析器的流量差異，再決定超過濾的多寡，較以前為精確。其應用領域則在醫學、工業（廢水處理）方面較多（3）水處理方面n都市污水回收n工業廢水回收n純水製造七、參考資料:1.羅文偉等編著，“單元操作實驗”，高立圖書，78年三版。2.張簡國平編著，“單元操作實驗”，高立圖書，77年二版。3.鄧禮堂編著，“單元操作實驗”，協志工業叢書，72年六版。實驗步驟：※導電度計校正法1.一開始先將原水槽裝滿蒸餾水，此時將純水槽及廢水槽的電導度計移至原水槽，以純水槽之電導度計為準

8、，對其他兩隻電導度計進行校正2.加入40g的食鹽之後，此時將純水槽及廢水槽的電導度計移至原水槽，以純水槽之電導度計為準，對其他兩隻電導度計進行校正3.原水槽更換成自來水後，一樣將