一、纳滤膜简介
纳滤膜的孔径在1nm以上,一般1-2nm。是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜。它是一种特殊而又很有前途的分离膜品种,它因能截留物质的大小约为纳米而得名,它截留有机物的分子量大约为150-500左右,截留溶解性盐的能力为2-98%之间,对单价阴离子盐溶液的脱盐低于高价阴离子盐溶液。被用于去除地表水的有机物和色度,脱除地下水的硬度,部分去除溶解性盐,浓缩果汁以及分离药品中的有用物质等。
二、纳滤膜的工作原理
纳滤是在压力差推动力作用下,盐及小分子物质透过纳滤膜,而截留大分子物质的一种液液分离方法,又称低压反渗透。纳滤膜截留分子量范围为200-1000MWCO,介于超滤和反渗透之间,主要应用于溶液中大分子物质的浓缩和纯化。
三、纳滤膜的特点
1、浓缩纯化过程在常温下进行,无相变,无化学反应,不带入其他杂质及造成产品的分解变性,特别适合于热敏性物质。
2、可脱除产品的盐分,减少产品灰分,提高产品纯度,相对于溶剂脱盐,不仅产品品质更好,且收率还能有所提高。
3、工艺过程收率高,损失少。
4、可回收溶液中的酸,碱,醇等有效物质,实现资源的循环利用。
5、设备结构简介紧凑,占地面积小,能耗低。
6、操作简便,可实现自动化作业,稳定性好,维护方便。
四、纳滤膜的功能与应用
1、特殊软化功能。膜软化水主要是利用纳滤膜对不同价态离子的选择透过特性而实现对水的软化。膜软化在去硬度的同时,还可以去除其中的浊度、色度和有机物,其出水水质明显优于其他软化工艺。而且膜软化具有无须再生、无污染产生、操作简单、占地面积省等优点,具有明显的社会效益和经济效益。 膜软化在美国已很普遍,佛罗里达州近10多年来新的软化水厂都采用膜法软化,代替常规的石灰软化和离子交换过程。近几年来,随着纳滤性能的不断提高,纳滤膜组件的价格不断下降,膜软化法在投资、操作、维护等方面已优于或接近于常规法。
2、去除水中有机物。纳滤膜在饮水处理中除了软化之外,多用于脱色、去除天然有机物与合成有机物(如农药等)、三致物质、消毒副产物(三卤甲烷和卤乙酸)及其前体和挥发性有机物,保证饮用水的生物稳定性等。
3、三致物质的去除。研究表明,纳滤膜能够去除水中大部分的有毒有害的有机物和Ames致突变物,使TA98及TA100菌株在各试验剂量下的致突比MR值均小于2 ,Ames试验结果呈阴性。进一步的研究将要考察纳滤技术对饮水中的内分泌干扰物质的截留特性,为安全优质饮水提供依据。
4、消毒副产物去除。消毒副产物主要包括三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)和可能的三氯乙醛氢氧化物(CH)。国外的科技工作者在这方面已开展了广泛的研究,纳滤膜对这三种消毒副产物的前体物的平均截留率分别为97%、94%和86%。通过合适的纳滤膜的选用, 可以使得饮用水水质满足更高的安全优质饮水水质标准。 此外,纳滤出水是低腐蚀性的,对饮用水管网的使用期和管道金属离子的溶出有正面的影响,有利于保护配水系统的所有材科。试验表明采用必要后处理的纳滤膜系统能够使管网中铅的溶解减少50%,同时使其他溶出的金属离子浓度满足饮水水质标准要求。
5、挥发有机物去除。对饮用水中痕量挥发性有机物具有较高的去除率。
6、管道直饮水应用。纳滤可以截留二价以上的离子和其他颗粒,所透过的只有水分子和一些一价的离子(如钠、钾、氯离子)。纳滤可以用于生产直饮水,出水中仍保留一定的离子,并可降低处理费用。
7、应用领域:地下水除硬度;地表水除有机物、色度;油水分离;乙二醇回收;硫酸铜回收;有机、无机液体分离、浓缩;染料提纯、浓缩、脱盐;天然药物分离、浓缩;发酵液浓缩。
五、纳滤膜的种类
1、醋酸纤维素类纳滤膜:在操作压力1MPa和进水温度5~25℃条件下,对1000mg/L的NaCl水溶液脱盐率达到了15~60%,而对1000mg/Na2SO4水溶液脱盐率为85~98%。醋酸纤维类纳滤膜是早期在膜市场投入生产的产品,但使纳滤膜大量应用于生产实践当中并迅速发展的,是复合型纳滤膜的出现。
2、复合纳滤膜:该膜在给水质量浓度1800mg/L、操作压力为0.6MPa、水温25℃条件下,对二价盐CaCl2、一价盐NaCl的水溶液的脱盐率分别大于90%和小于60%,水通量均大于3.5mL/(cm2·h)。
3、荷电纳滤膜:在0.6MPa下,对自来水脱盐率为40~50%,水通量为5~10mL/(cm2·h),IEC为6.0×10-4~8.0×10-4meq/cm2。
六、纳滤膜的选型要点
1、孔隙率要高。优良的纳滤膜必须孔隙率高,应用表现就是:工作压力低、水通量大。测到的产水量越大,说明膜的孔隙率越高。
2、孔径均匀、一致性好。优良的纳滤膜必须孔径均匀、一致性好。应用表现就是:分离性能好,与超滤膜、反渗透膜有明显区分。
(1)对一价和二价离子的脱除率差距拉得越大,说明膜的分离度越大,分离性能越好。
(2)对一价离子的脱除率越小,说明該膜的反渗透孔越少;反之,如对一价离子的脱除率大,说明該膜的反渗透孔多。
(3)对二价离子的脱除率越大,说明該膜的超滤孔越少;反之,如对二价离子的脱除率小,说明該膜的超滤孔多。
七、纳滤膜的使用注意事项
1、规范系统启停操作及停运保护措施。系统启动和停止时,流量和压力会有波动。过大、过快的流量和压力波动可能会导致系统发生极限压降现象,形成水锤作用,从而导致膜元件破裂,故在进行启停止操作时需缓慢增加或者降低压力及流量。
2、保持预处理效果的稳定。在预处理阶段去除原水中的大部分污染物。良好的预处理效果,能够有效减少纳滤系统受到各类污染的机率。
3、对膜元件进行离线化学清洗。当膜系统经过多次在线化学清洗后无法恢复性能,或者膜系统受到重度污染后,则需要对膜元件进行离线化学清洗。膜元件的重度污染是指污染后的单段压差大于系统投运初期单段压差值的2倍以上、反渗透系统产水量下降30%以上或者单支反渗透膜元件质量超过正常数值3kg以上的情况。
4、控制较低的运行压力和回收率。压力是纳滤脱盐的推动力,压力升高,膜组件透水量线性上升,脱盐率开始时升高,当压力升至一定值时,脱盐率趋于平稳。因而在实际运行中,压力无需太高,压力过高会使膜的衰减加剧,而且有可能损坏膜组件。为延长膜组件的使用寿命,通常在脱盐率和产水量满足生产要求时,采用稍低一些的压力运行,对系统的长周期运行有着极大的好处。
5、对膜进行物理清洗。冲洗是采用低压大流量的进水冲洗膜元件,冲洗掉附着在膜表面的污染物和堆积物,膜的低压冲洗可以减少深度差,防止膜脱水现象的发生。在条件允许的情况下,建议经常对系统进行冲洗。增加冲洗次数比进行一次化学清洗更有效果。
6、定期对膜元件进行在线化学清洗。采用了合理的预处理系统和良好的运行管理,它只能使膜元件受污染的程度有所降低,要完全消除膜的污染是不可能的。因此,纳滤膜系统运行一段时间后,将可能受到多种污染物的污染,尤其是使用在污水深度处理装置的纳滤膜系统,污染更是经常发生一般情况下,经过标准化后的产水量下降15%左右,进水和浓水之间的系统压降升高到初始值的1.5倍,产水水质有明显下降,就需要对膜元件进行化学清洗。
八、纳滤膜的价格行情
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