DB-MFL多功能膜分離實驗裝置使用說明書
一、實驗目的
1. 了解不同膜分離工藝的原理、設備及流程。
2. 掌握 EM、UF、RO 和 NF 的適用范圍和對象。
二、實驗原理
1．微濾（EM）
微濾膜的微孔直徑為 0.22μm，當膜的一面遇到具有一定壓力、含有一定懸浮顆粒物質的液體時，粒徑>0.22μm 的懸浮顆粒物質就被截流在膜的一面，粒徑<0.22μm 的懸浮顆粒物質與水分子一起透過微濾膜排出。從而達到分離水體中部分懸浮顆粒物質的目的。
實驗采用含有少量懸浮顆粒物質的水進行實驗，通過測定進水和出水的濁度來表示微濾膜的處理效果。
2. 超濾（UF）
超濾膜的微孔直徑在 10nm—0.1μm，截流分子量在 2—5 萬，范圍根據需要進行選擇。當膜的一面遇到具有一定壓力、含有一定量顆粒物質的溶液時，粒徑>膜孔徑的顆粒物質就被截流在膜的一面。為了防止被截流下來的顆粒物質越來越多而堵塞濾膜，往往采用動態過濾的方法進行超濾，即在進行超濾的同時，利用一股液體流連續沖刷膜表面的截留物，以保持超濾膜表面始終具有良好的通透性。因此，超濾膜設備的出水有二股，一股為透過液（凈水），一股為截留物液（濃水）。
超濾膜可以截留溶液中的細菌、病毒、熱源、蛋白質、膠體、大分子有機物等等。實驗采用含有少量染料物質的水進行實驗，通過測定進水、“凈水”和“濃水”的色度變化來表示超濾膜的處理效果。
3. 反滲透（RO）
反滲透膜的孔徑在 0.1—1nm 之間。反滲透技術是利用高壓液體的高壓作用，克服滲透膜的滲透壓，使溶液中水分子逆方向滲透過滲透膜到達離子濃度較低的一端，從而達到去除溶液中大部分離子的目的。
為了防止被截流下來的其他離子越積越多而堵塞 RO 膜，同樣采用動態的方法來進行反滲透，即在進行反滲透的同時，利用一股液體流連續沖刷膜表面的截留物，以保持反滲透膜表面始終具有良好的通透性。因此，反滲透設備的出水也有二股，一股為透過液（凈水），一股為截留物液（濃水）。
實驗采用自來水進行實驗，用在線電導儀測定進水、“凈水”和“濃水”的電導率變化，表示反滲透膜的處理效果。
4. 納濾（NF）
納濾膜的孔徑范圍介于反滲透膜和超濾膜之間。納濾技術是從反滲透技術中派生出來的一種膜分離技術，是超低壓反滲透技術的延續和發展分支。一般認為，納濾膜存在著納米級的細孔，可以截留 95％的最小分子約為 1nm 的物質。
納濾膜的特點在于：較低的反滲透壓和較高的膜通透性，因此，可以節能；通過納濾膜的反滲透作用，可以去除多價的離子，保留部分低價的對人體有益的礦物離子。
為了防止被截留下來的其他離子越積越多而堵塞 NF 膜，同樣采用動態的方法來進行反滲透，即在進行反滲透的同時，利用一股液體流連續沖刷膜表面的截留物，以保持反滲透膜表面始終具有良好的通透性。因此，納濾設備的出水也有二股，一股為透過液（凈水），一股為截留物液（濃水）。
實驗直接采用自來水進行實驗，用在線電導儀來測定進水、“凈水”和“濃水”的電導率變化，來表示納濾膜的處理效果。可以采用原子吸收儀或其他的化學方法來測定反滲透出水與納濾膜出水中的單價離子，二者加以比較，就可以知道納濾膜出水中保留了比反滲透出水中更多的有益礦物離子。
三、實驗流程與設備
四、實驗物料配比方法
1、微濾實驗用水的準備
對于微濾過程，可選用 1％濃度左右的碳酸鈣溶液作為實驗采用的料液。透過液用燒杯接取，觀察它隨料液濃度或流量變化，透過液側清澈程度變化。
2、反滲透實驗用水的準備
反滲透可分離分子量為 100 級別的離子，學生實驗自來水為料液，濃度分析采用電導率儀，即分別取各樣品測取電導率值，然后比較相對數值即可（也可根據實驗前做得的濃度－電導率值標準曲線獲取濃度值）。
3、超濾實驗用水的準備
本裝置中的超濾孔徑可分離分子量 5 萬級別的大分子，學生實驗選用分子量為 6.7 萬－6.8 萬的牛血清白蛋白配成 0.02％的水溶液作為料液。
4、納濾實驗用水的準備
納濾實驗用水的準備與反滲透實驗用水的準備完全一樣。
五、實驗步驟
根據上述的工藝流程圖結合實際的實驗設備，仔細了解設備的管路連接、流通方向、取樣位置，各個閥門的控制功能，各個壓力表所指示的位置，電氣控制箱中各控制開關所控制的對象，各顯示儀表所對應的檢測點。
1. 微濾實驗操作步驟
（1）向原水箱2中加入自來水，液位達到水箱液位的3/4。
（2）向水箱中加入適量碳酸鈣，配成濃度為0.01%-0.02%碳酸鈣溶液（原水濃度可跟據濁度計的量程做適當調整），充分攪拌均勻后取樣測量原水濁度。
（3）關閉所有閥門。
（4）全開閥2、閥5、閥7，半開閥1。
（5）打開電源開關,開啟不銹鋼水泵1，調節閥2，控制進水流量。
（6）觀察濾液流量計，無氣泡且有濾液排出后，穩定運行1-2分鐘，從閥6對濾液進行取樣，測量濾液的濁度。
（7）改變微濾進水流量，對微濾出水進行取樣。
（8）實驗結束后關閉不銹鋼水泵1，關閉本次實驗使用的所用閥門，關閉電源開關。打開水箱排空閥24，排走水箱中的液體，然后用把水箱清洗干凈。
2. 超濾實驗操作步驟
（1）向原水箱2中加入自來水，液位達到水箱液位的3/4。
（2）向水箱中加入適量牛血清白蛋白，配成0.02％的水溶液，充分攪拌均勻后取樣。
（3）關閉所有閥門。
（4）全開閥2、閥3、閥4、閥5、，半開閥1。
（5）打開電源開關,開啟不銹鋼水泵1，調節閥2，控制進水流量。調節閥4，使超濾膜的工作壓力控制在0.1Mpa。
（6）觀察濾液流量計，無氣泡且有濾液排出后，穩定運行1-2分鐘，從閥6對濾液進行取樣，用分光光度計測量濾液的濃度。
（7）調節閥4，改變過濾壓力，對超濾出水進行取樣測量。
（8）實驗結束后關閉不銹鋼水泵1，關閉本次實驗使用的所用閥門，關閉電源開關。打開水箱排空閥24，排走水箱中的液體，然后用把水箱清洗干凈。
3. 反滲透單元實驗操作步驟
（1）向原水箱1中加入自來水，液位達到水箱液位的3/4。
（2）關閉所有閥門。
（3）全開閥11、閥12、閥13、閥14，閥19，半開閥9 。
（4）打開電源開關,開啟不銹鋼水泵2，調節閥12，使反滲透膜的工作壓力控制在0.2Mpa。
（5）觀察凈水流量計，無氣泡且有濾液排出后，觀察凈水電導率的變化情況（實驗過程中確保原水箱1中水位正常），當凈水電導率穩定后，記錄原水和凈水電導值。
（6）調節閥12，改變反滲透膜的工作壓力，重復步驟5。
（7）實驗結束后關閉不銹鋼水泵2，關閉本次實驗使用的所用閥門，關閉電源開關。打開水箱排空閥22，閥23，排走水箱中的液體。
4. 納濾單元實驗操作步驟
（1）向原水箱1中加入自來水，液位達到水箱液位的3/4。
（2）關閉所有閥門。
（3）全開閥16、閥17、閥18、閥14，閥19，半開閥9 。
（4）打開電源開關,開啟不銹鋼水泵2，調節閥18，使納濾膜的工作壓力控制在0.2Mpa。
（5）觀察凈水流量計，無氣泡且有濾液排出后，觀察凈水電導率的變化情況（實驗過程中確保原水箱1中水位正常），當凈水電導率穩定后，記錄原水和凈水電導值。
（6）調節閥18，改變納濾膜的工作壓力，重復步驟5。
（7）實驗結束后關閉不銹鋼水泵2，關閉本次實驗使用的所用閥門，關閉電源開關。打開水箱排空閥22，閥23，排走水箱中的液體。
六、 注意事項
（1）每個單元分離過程前，應用清水徹底清洗水箱和管道回路，方可進行實驗。對于微濾組件可拆開膜外殼，直接清洗濾芯；對于超濾，納濾，反滲透膜組件則不可打開，否則膜組件和管路重新連接后可能造成漏水情況發生。
（2）每一學期的實驗課程結束后，先用清水清洗管路，然后在原水箱中配制 0.5-1％濃度的甲醛溶液，用水泵逐個將保護液打入各膜組件中，使膜組件浸泡在保護液中。
七、實驗報告
1. 計算去除率，并對應流量作圖；
2. 計算滲透通量，并對應流量作圖。
3. 記錄實驗數據及處理見表。
DB-MFL 多功能膜分離實驗裝置
| 裝置特點 |
1、加壓動力組件采用不銹鋼多級高壓離心泵，具有高壓力、高效率、耐腐蝕、自吸能力強等優點，壓力、流量可自由調節。 2、整體結構緊湊，操作簡單，運行體積小。 3、系統采用透明塑料管路及配件，承壓高、耐腐蝕、且密封性好。 |
|||
| 裝置功能 |
1、體現膜分離組件的基本結構及流程。 2、可進行超濾、微濾透、反滲納濾透、納濾4種膜分離工藝的系統實驗；掌握4種膜的適應范圍和操作方法。 3、可根據進水、濃水和凈水的流量及含鹽量，計算回收率、脫鹽率；研究影響反滲透膜分離性能的主要因素及其影響規律。 |
|||
| 主要配置 | 出水槽、原水槽、高壓泵、離心泵、預過濾器、反滲透膜組件、納濾膜組件、超濾組件、微濾膜組件、壓力表、液體流量計、壓力控制器、電導率儀、管路、閥門、高品質鋁合金型材框架。 | |||
| 公用設施 |
水：裝置自帶水箱，連接自來水。實驗時由水箱循環泵送入系統，循環使用。 電：電壓AC380V，功率2.0KW，標準三相四線制。每個實驗室需配置1～2個接地點（安全地及信號地）。 實驗物料：自來水或聚乙二醇，外配設備：分光光度計 |
|||
| 技術參數 |
1、預過濾器：20英寸5μm粗濾器，數量2個。 2、反滲透膜組件采用采用4040型膜，膜直徑：φ100mm；長度：1014mm；脫鹽率：95%；最大壓力：3.16MPa。采用不銹鋼壓力容器。 3、超濾膜組件：聚丙烯中孔纖維，孔徑：0.01—0.3μm,孔隙率：50%-55%，截留分子量：5萬,使用溫度：44℃-73℃；最大工作壓力：4Kg/cm2，出水量為60-600L/h。 4、納濾膜組件采用4040型膜，不銹鋼外殼，進水pH 值3.0—10，最高進水溫度45-80℃。采用不銹鋼壓力容器。 5、 微濾膜組件：塊狀炭 + 工程塑料外殼，出水量250-2500L/H，孔徑0.2μm。 6、電導率儀測量：反滲透膜進水、出口淡水、出口濃水，納濾膜進水、出口淡水、出口濃水的濃度變化。共計6臺在線電導率儀，量程0-1999μS/cm。 7、微濾膜出水流量：管式流量計，測量范圍60-600L/h。 8、超濾膜淡水和濃水流量：管式流量計，測量范圍25-250L/h。 9、反滲透膜淡水和濃水流量：管式流量計，測量范圍16-160L/h。 10、納濾膜淡水和濃水流量：管式流量計，測量范圍16-160L/h。 11、壓力：不銹鋼指針防震壓力表，測量范圍0-0.6MPa和0-1.6MPa。 12、不銹鋼多級高壓離心泵：流量范圍1.0-2.5 m3/h ，揚程40-102m，功率0.75KW。 13、不銹鋼離心泵：流量范圍0.5-3.5 m3/h，揚程16-28m，功率0.55KW。 14、原水槽：容積80L，優質PP材質，厚度8mm。 15、出水槽：容積80L，優質PP材質，厚度8mm。 16、管路：透明，壁厚≥2.0mm，透明可視材質。 17、壓力開關：0～0.6MPa，低壓保護，延時保護。 18、電壓：380V，總功率：2.0kW。 19、正泰電器：接觸器、帶燈開關、漏電保護空氣開關。 20、外形尺寸：2000×550×2000mm（長×寬×高），外形為可移動式設計，帶剎車輪，高品質鋁合金型材框架，無焊接點，安裝拆卸方便，水平調節支撐型腳輪。 21、工程化標識：包含設備位號、管路流向箭頭及標識、閥門位號等工程化設備理念配套，使學生處于安全的實驗操作環境中，學會工程化管路標識認知，培養學生工程化理念。 |
|||
| 測控組成 | 變量 | 檢測機構 | 顯示機構 | 執行機構 |
| 電導率 | 電導傳感器 | 電導率顯示儀 | 無 | |
| 流量 | 轉子流量計 | 轉子流量計 | 手動閥控 | |
| 膜分離壓力 | 指針式壓力表 | 壓力表就地顯示 | 無 | |