邢哲 王瑾 刘强 陈应龙 武志军
纳米膜过滤应用 专题报告
纳滤膜的介绍 纳滤膜的材质简介 纳滤膜在各方面的应用
纳滤膜的简单介绍 膜孔径处于纳米级, 适宜于分离分子量在 200～1000, 分子尺寸约为1μm溶解组的分离膜工艺被称为纳滤(简称NF)。NF膜分离需要的跨膜压差一般为0.5～2.0MPa,比用反渗透膜达到同样的渗透能量所必须施加的压差低0.5～3MPa。根据操作压力和分离界限, 可以定性地将NF排在反渗透和超滤之间,有时也把NF称为“低压反渗透”或“疏松反渗透”。
纳滤膜的材质简介 荷电纳滤膜: 荷电纳滤膜根据所带基团电荷不同可分为:荷负电膜、荷正电膜和双极膜。 商品化纳滤膜: 商品化纳滤膜主要集中在: 醋酸纤维素 (CA) , 磺化聚砜( SPS) , 磺化聚醚砜 ( SPES) ,聚酰胺 ( PA) , 聚乙烯醇( PVA) 等。 荷电纳滤膜: 荷电纳滤膜根据所带基团电荷不同可分为:荷负电膜、荷正电膜和双极膜。 复合纳滤膜: 国外现已报道制备的有: 磺化聚苯醚复合纳滤膜、醋酸纤维素硫酸酯纳滤膜、羧基化聚砜膜的纳滤膜等。
纳滤膜在水处理方面的应用 1. 软化水处理 2. 饮用水的净化 3. 工业废水处理 4. 海水淡化
1.软化水处理 由于能有效截留二价和多价离子, 具有较大的水通量和较低操作压力, 对苦咸水进行软化和脱盐成为纳滤应用的最大市场。其优点是无污泥,无需再生,完全去除悬浮物和有机物,而投资与常规方法相近, 因此纳滤技术在该领域具有较强的竞争力。
2 饮用水的净化 试验表明, NF膜可去除消毒过程中产生的微毒副产物、痕量的除草剂、杀虫剂、重金属、天然有机物、硫酸盐及硝酸盐等, 同时能保留大多数人体必须的无机离子, 出水PH值变化不大,符合饮用水的要求,故纳滤技术可能会成为本世纪饮用水净化的首选技术。
3 工业废水处理 研究表明, NF膜耐酸碱,有优良的截留率, 对重金属有很好的去除率,不存在膜污染问题。据报道,石油工业的含酚废水采用NF技术,酚的脱除率可达95%以上,且在较低压力下就能高效脱除废水中的镉、镍、汞、钛等重金属。
化纤、印染工业废水中的染料及助剂可用 NF技术脱除和回收再利用。 造纸工业中,采用NF技术可更为有效地除去废水中深色木质素和氯化木质素;利用NF技术处理牛皮纸制造中的废水也有很好的效果。
钢铁厂的酸洗废液经NF技术处理后可实现 废液中的镍、铁、铜、锌等重金属的浓缩回收和废酸水的达标排放的目的。
4 海水淡化 海水淡化主要是去除海水中所含的无机盐，通过一系列的过程转变为低盐度的淡水。利用海水淡化技术从海水中制取淡水,缓解日趋严重的世界性水危机，不仅已在全球科技界形成共识，成为人们取得淡水的一种重要手段，也已成为各临海国家的政府主张与开发新水源的对策。
4.1 海水淡化的现状及存在的问题 4.1.1蒸馏法: 蒸馏法具有其他淡化方法不可比拟的特点： 设备简单可靠； 受原水浓度限制较小，适合于海水及高浓度苦咸水淡化；海水蒸发所得的水就是蒸馏水，水质较高； 直接利用热能， 避免了能量转换过程的损耗。但蒸馏设备占地面积大、易结垢且不易去除、操作和维护繁杂。
目前应用最多的蒸馏法是多级闪蒸（MSF），该技术已部分克服易结垢和腐蚀等问题，技术基本成熟，进一步降低造价和能耗比较困难。 尽管多级闪蒸技术在中东地区许多的国家使用较多，但是，造水能耗和价格尚不能被大多数国家和地区接受。
4.2.2 反渗透法 反渗透(RO)法: 由于反渗透过程中不存在相 变，能量消耗较少，是目前海水淡化方法 中最具潜力的方法之一。但是，反渗透膜易污染，从而导致膜的透水量和脱盐率下降，并降低膜的使用寿命。
无论是热法还是膜法都存在诸多亟待解决的问题。 一方面是因为海水淡化技术本身存在需要改进和完善的地方。 一方面，是由海水固有的性质决定的。海水是高盐度( 总含盐量高达35000 mg/ L)、高硬度和高腐蚀性的体系。
缺 点 海水中的钙、镁、硫酸根和碳酸根离子 在高温或者浓度高时易结垢，造成膜通量下降或回收率降低；热法中将导致淡化装置内壁结垢且难去除。因此要得到更高的水回收率就需要大幅度去除海水中的硫酸根和钙镁离子。
海水中存在的大量微生物和有机物质，对膜过程可造成极其严重的影响。但传统预处理方法只能去除海水中的大颗粒、部分大分子有机物和细菌，却不能去除硬度和小分子有机物，因此不可避免地造成结垢和膜污染现象。 随着蒸馏技术和反渗透膜技术的日臻完善，常规预处理方法已成为海水淡化的主要制约因素。
图4.1 为沙特阿拉伯盐水转化公（ SWCC）的NF海水淡化集成系统20 m3/d 淡化实验装置流程。原料海水不用氯化，只需经过轻度絮凝（加入FeCl3使水中含0. 4 mg/ L 的Fe3 离子），即进入双介质过滤器、细砂过滤器、筒式过滤器，水质达到SDI ≤5后进入NF - SWRO、NF - MSF 和NF - SWROrej -MSF 3 种海水淡化集成系统。 该流程中NF 和SWRO 膜元件排列如图4.1 右侧所示
图 4.1 SWCC 的NF 集成海水淡化系统
海水淡化系统中的泵、设备
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