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1、1. 简述反渗透原理。（6分）答：反渗透过程是利用半透膜的选择透过性,即允许溶剂(通常是水)透过而截留溶质的性质,以膜两侧压差为推动力,克服溶剂的渗透压,使溶剂通过膜而实现混合物分离的过程. 2何为复合膜？与有单一材料制成的非对称膜相比，有何优点？（6分）答：复合膜是用两种不同的膜材料，分别制成具有分离功能的致密层和起支撑作用的多孔支撑层组成的膜。优点：1)由于是界面聚合可以做的很薄，膜的阻力小；2)多功能单体的聚合，表面可以很致密；3)节省材料，可以用特殊的材料制备；4)耐污染性强；3.提高反渗透膜元件抗污染能力的方法有哪些？（6分）答：降低膜表面粗糙度，膜表面接近电中性，膜表面更具亲水性。
2、4.简述渗透蒸发过程传质机理及其应用范围，并列举3种优先透水渗透蒸发膜和2种优先透有机物渗透蒸发膜。（10分）答：渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性透过来分离液体混合物。由高分子膜将装置分为两个室，上侧为存放待分离混合物的液相室，下侧是与真空系统相连接或用惰性气体吹扫的气相室。混合物通过高分子膜的选择渗透，其中某一组分渗透到膜的另一侧。由于在气相室中该组分的蒸气分压小于其饱和蒸气压，因而在膜表面汽化。蒸气随后进入冷凝系统，通过液氮将蒸气冷凝下来即得渗透产物。渗透蒸发过程的推动力是膜内渗透组分的浓度梯度。举例：优先透水渗透蒸发：改性聚乙烯醇、改性壳聚糖、改性聚丙烯酸优先透有机物：聚二甲基硅氧烷
3、（PDMS）、聚氨酯（PU）、聚醚嵌段聚酰胺（PEBA）5简述纳滤膜分离的特性以及列举纳滤应用实例。（10分）答：(1)对一、二价离子有不同选择性（能有效的截留二价及高价离子，而使大部分一价无机盐透过）；(2) 纳滤分离常温下进行，无相变、无化学反应、不破坏生物活性；(3)对小分子有机物有较高的截留率（有效截留分子量高于200的有机小分子，可分离同类氨基酸和蛋白质，实现高相对分子量和低相对分子量有机物的分离、浓缩、纯化）；应用实例：1）低聚糖、果汁和牛奶及乳清蛋白的分离、浓缩和精制； 2）酵母生产； 3)在制茶工业中，多种茶叶深加工制品的料液浓缩； 4)在染料工业中用于去除高盐分、副染料、未反
4、应完全的中间体等杂质，从而提高染料的纯度； 5）药品、多肽、氨基酸、抗生素中药等药品工业中的分离、纯化和浓缩等。 6膜生物反应器类型和优缺点及膜生物反应器与传统生物处理处理生活污水的比较。答：膜生物反应器可以分为三类：1）膜-曝气生物反应器 膜曝气反应器可实现膜生物反应器中的无泡供氧，提高氧传质效率。2）萃取膜生物反应器 萃取膜生物反应器可利用膜的选择透过性对特定的污染物进行分离。3）膜分离生物反应器膜分离反应器被用于固体的分离与截留。膜生物反应器技术具有许多其他生物处理工艺无法比拟的优势，主要有以下几点：1）能够高效地进行固液分离，分离效果远好于传统的沉淀池，出水水质良好，出水悬浮物和浊度接
5、近于零，可直接回用，实现污水资源化。2） 膜的高效截留作用，使微生物完全截留在反应器内，实现了反应器水力停留时间和污泥龄的完全分离，使运行控制更加灵活稳定。3） 反应器内的微生物浓度更高，耐冲击负荷。4） 有利于增值缓慢的硝化细菌的截留、生长和增殖，系统硝化效率得以提高。通过运行方式的改变亦可以有脱氮和除磷的功能。5） 泥龄长。膜分离使污水中的大分子难降解成分，在体积有限的生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解效率。反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行，可以实现基本无剩余污泥排放。6） 系统采用PLC控制，可以实现全程自动化控制。7） 占地面积小，工艺设备集中。缺点
6、:1. 膜材料价格较高,使MBR的基建投资高于相同规模的传统水处理工艺,制约了膜生物反应器的大规模推广应用.2. 容易出现膜污染, 膜的清洗(尤其是离线的化学清洗)给操作管理带来不便,同时也增加了运行成本.3. 为克服膜污染,一般需用循环泵或膜下曝气的方式在膜面提供一定的错流流速,造成运行成本能耗较高.7.简述Donnan平衡的基本概念并以其解释离子交换膜的选择透过性。(10分)答：Donnan平衡：当离子交换膜置于电解质溶液中，其活性基团发生解离，反离子进入液相，同时溶液中电解质离子进入膜相，离子扩散的结果最终达到动态平衡，即膜内外离子虽不断扩散，但单位时间进入液相反离子与进入膜相的电解质离
7、子数量相等，膜相和液相各离子浓度保持不变。此平衡即为Donnan平衡。平衡状态下膜中反离子浓度大于液相中反离子浓度，而同名离子浓度小于液相中同名离子浓度，表明阳膜对阳离子具有选择透过性，阴膜对阴离子具有选择透过性。8反渗透海水淡化中采用的主要的预处理技术及其优缺点。(6分)答：1）传统预处理：加氯杀菌、凝聚沉淀、多介质过滤、加酸调值、加阻垢剂、加还原剂、保安过滤等。优点是：可以分级多段有效去除海水中细菌、有机物、杂质、调节PH、防止沉淀等；缺点是：操作步骤复杂，药品浪费严重，增加成本，容易引入新的污染物质。2）混凝澄清沉淀技术，优点：有效减少防腐成本。缺点：占地面积大，建设成本高。3）采用微滤
8、MF 或超滤UF作为海水反渗透的预处理。优点是：占地面积小，处理效率高，回收率高，系统经济效益好。缺点是：膜污染问题。9.简述超滤过程的浓差极化现象和减轻浓差极化的主要措施。(10分)答：膜过程中，被处理溶液在压力差推动下，对流流向膜表面，被膜截留的溶质沉积在膜表面，致使膜表面的溶质浓度高于其在主体溶液中的浓度，该现象被称为浓差极化。主要措施：a、增大料液流速 b、升高料液温度 c、选择合适的膜组件结构10截留分子量（MWCO）的概念及主要测定方法。（6分）答：MWCO:对有孔材料孔径大小的一种描述。在能自由通过某种有孔材料的分子中最大分子的分子量即为该材料的截留分子量。主要测定方法：通常使用
9、一直分子量的球状物质进行测定。膜对被截留物质的截留率大于90%时，就用被截留的分子量表示膜的分离性能，称为膜的截留分子量。测定的标准物多为水溶性高分子，常用的物质有葡萄糖、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、胃蛋白酶、细胞色素、牛血清蛋白等等。11简述相转化法制备分离膜的基本原理。（6分） 答:相转化法是聚合物从溶液中沉析成固体的过程中从一个均相液态转变成两个液态（液液分相）而引发的形成聚合物浓相和聚合物稀相，浓相最终发展成膜本体，稀相转化成孔道。12超滤膜污染清洗所采用的常用物理和化学方法。（6分）答：常用物理方法：水清洗、反冲洗、气液脉冲常用化学方法：酸碱清洗、表面活性剂清洗、氧化剂清洗、
10、酶清洗13水处理中常用膜组件的形式及其优缺点。（6分）型式优点缺点管式易清洗，无死角，适宜于处理含固体较多的料液，单根管子可以调换保留体积大，单位体积中所含过滤面积较小，压力降大中空纤维式保留体积小，单位体积所含过滤面积大，可以逆洗，操作压力较低，动力消耗较低料液需要预处理，单根纤维损坏时需调换整个模件螺旋卷绕式单位体积中所含过滤面积大，换新膜容易料液需预处理，压力降大,易污染,清洗困难平板式保留体积小，能量消耗界于管式和螺旋卷绕式死体积大14在纯水和超纯水生产中应用的膜分离技术包括哪些？各承担何种功能？（10分）答：主要有超滤膜分离技术 、反渗透膜分离技术、电渗析膜分离技术。1）超滤作为前处
11、理，有效去除原水中的微粒，胶体、细菌等杂质。2）反渗透作为初级脱盐，可有效去除可溶性盐类以及分子量在200以上的有机物。3）电渗析由于去除反渗透水中剩余的少量离子，实现深度脱盐。15、综合运用所学的知识，谈谈对膜过程开发中四个层次的认识，比如，对于膜单元、膜组件、膜器组合及总工艺工程各层次设计中应考虑的问题等。（12分）答：膜过程开发中的四个层次作为膜工艺设计中相依相成的递进部分，前者作为后者的基础组成单元，相互联系牵一发动全身。首先，膜单元作为最基础单元，其选择决定到整个膜工艺的成败效率。膜单元对于膜自身几何尺寸、松弛程度、膜通量、抗污染性、反清洗便利性即膜类型的选择方面应予以充分的考虑。目
12、前卷式和中空纤维式膜应用最为广泛。高通量和抗污染性应达到最佳平衡，比如通过膜改性等方式解决。其次，对于膜组件，其尺寸结构、膜的填充密度、组件形式（如帘式、柱式、U型等）、排布组合形式以及膜压等应予以充分的考虑。根据原水水质和出水水质的要求确定膜组件排列方式，水通量的高低决定膜组件数。选择合适的级、段的排列形式也非常重要。再次，对于膜器，压力容器（一般为玻璃钢或不锈钢，尺寸依据膜元件尺寸而定）、保安过滤器、高压泵、计量泵、能量回收装置等应予以充分考虑。最后，对于总工艺方面应当充分考虑占地面积、基础设施费用、系统效率、运行周期、经济效益、建设地点、周围环境、气候、地形等。以上可以通过选择合适的优化函数和模拟反应系统，选择出最佳的设计参数。以最低的经济费用，最高的效率和抗污染性为目标。
