面向軟化水處理的納濾膜分離技術(shù)

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1、全國化工熱工設(shè)計技術(shù)中心站2004年年會論文集面向軟化水處理的納濾膜分離技術(shù)張顯球1,2張林生1呂錫武1(1,東南大學(xué)環(huán)境工程系，南京，210096;2,南京師范大學(xué)，南京，210042)[內(nèi)容摘要]本文闡述了納濾膜的軟化機理、軟化納濾膜的性能及選用、影響納濾膜軟化性能的因素；介紹了納濾膜在制取軟化的飲用水、工業(yè)軟化水以及海水淡化的預(yù)處理等方面的應(yīng)用；通過與石灰軟化和離子交換軟化法的比較,分析了納濾膜軟化的經(jīng)濟性。[關(guān)鍵詞]納濾軟化膜技術(shù)石灰軟化離子交換水的軟化是水處理的一個重要方面。目前常規(guī)的軟化方法主要

2、以石灰軟化法、離子交換法為主。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，納濾（Nanofiltration）應(yīng)用于水的軟化顯示出諸多優(yōu)點：與反滲透相比，操作壓力低，因而實際能耗低；在軟化的同時，可以去除水中的色度和微量有機物，出水水質(zhì)優(yōu)；納濾膜軟化無需再生、無環(huán)境污染、操作簡單、自動化程度高、占地面積省。目前，水的軟化已成為納濾膜最大的應(yīng)用領(lǐng)域。1納濾膜的軟化機理納濾是介于反滲透和超濾之間的一種壓力驅(qū)動膜過程。由于它的發(fā)展后于反滲透，因此很多學(xué)者認為納濾膜與反滲透膜類似，表皮分離層都是致密無孔的，離子通過溶解—擴散機理傳遞[1]。

3、溶質(zhì)和溶劑首先溶解于表皮層內(nèi)（膜中溶解量的大小服從亨利定律），然后各自在濃度或壓力造成的化學(xué)勢推動下擴散通過膜，再從膜下游解吸。溶解度的差異以及溶質(zhì)和溶劑在膜相中的擴散性差異強烈影響膜的分離性能。應(yīng)用溶解—擴散機理可以較好解釋納濾對離子分離性能和運行過程中的壓力、濃度等因素對膜截留性能的影響。隨著對納濾的深入研究，目前更認同納濾膜是具有荷電的納米微孔結(jié)構(gòu)，離子在帶電微孔內(nèi)進行擴散和對流傳遞過程時受到立體阻礙和靜電排斥兩方面的影響?；谶@種觀點，Wang[2]在前人研究的成果基礎(chǔ)上建立了靜電位阻模型。根據(jù)靜電

4、位阻模型，若離子的大小、離子價數(shù)及其在膜孔中的擴散系數(shù)不同，則它透過納濾膜的難易程度不同，從而可實現(xiàn)離子的選擇性去除。相對單價離子（K+、Na+、Cl-）而言，二價離子（Ca2+、Mg2+、SO42-）的離子價數(shù)高以及擴散系數(shù)?。ㄒ姳?），納濾膜對這些離子基本不透過而對K+、Na+、Cl-等單價離子可大部分透過，達到軟化而并非完全脫鹽的目的。表1水中離子的擴散系數(shù)[3]離子Cl-K+Na+SO42-Ca2+Mg2+擴散系數(shù)/10-9m2?s-12.031.961.331.060.920.71216全國化工熱

5、工設(shè)計技術(shù)中心站2004年年會論文集2．軟化納濾膜及選用目前商品化的納濾膜品種很多，有對有機物去除效果好的，有軟化效果好但除鹽效果一般的，也有軟化和除鹽效果都很好的，可資選用的軟化納濾膜見表2。選用納濾膜時要根據(jù)原水的水質(zhì)和出水要求合理選用。當用于飲用水的制取時，若以地表水為水源，因地表水一般具有硬度低有機物較高的特點，可選用軟化除鹽效果一般而有機物去除效果好的納濾膜；若以地下水為水源，則可選用軟化效果好除鹽效果一般的納濾膜，以保留飲水中含有適量的有益的礦物質(zhì)；當處理高硬度高鹽分的海島苦咸水時，可選用軟化和

6、除鹽效果都很好的納濾膜，以便一次處理就能達到飲水標準。當用于工業(yè)軟化水的制取時，若要求水質(zhì)高如中低壓蒸汽鍋爐用水，可選用軟化和除鹽效果都很好的納濾膜；若要求水質(zhì)較低如熱水鍋爐用水，可選用軟化效果好除鹽效果一般的納濾膜。表2部分納濾膜的軟化與除鹽性能[4-7]類別膜型號廠商軟化除鹽性能軟化除鹽效果一般,有機物去除效果好NF200,NF200BNTR7450TS-60FilmtecNittoDenkoTriSep對硬度的去除率在50%以下，對有機物的去除率在90%以上。軟化效果好,除鹽效果也好NF70,NF90

7、,XP-20UTC-20,UTC-60TS-80PVD1TFCSFilmtecTorayTriSepHydranauticsFluidSystem質(zhì)量濃度為1~2g/L時，NaCl脫除率在70%以上，MgSO4的脫除率在97%以上。軟化效果好,除鹽效果一般NF40,NF270,NF45Dseal-5，Dseal-5-DKNTR-7250ATC-30TS-40FilmtecDesalNittoDenkoPCITriSep質(zhì)量濃度為1~2g/L時，NaCl脫除率在50%以下，MgSO4的脫除率在95%以上。3影

8、響納濾膜軟化性能的因素3.1操作壓力操作壓力的增加，使膜兩側(cè)凈驅(qū)動力增加，產(chǎn)水量增大；產(chǎn)水中的鹽濃度相對降低，硬度去除率、除鹽率會有所提高。但操作壓力過高，能耗會增加，對膜的使用壽命不利。3.2產(chǎn)水率產(chǎn)水率為產(chǎn)水量與進水量的比率。從實際應(yīng)用講，希望有較高的產(chǎn)水率，可以節(jié)約用水和減少濃水處理量，降低制水成本。但提高產(chǎn)水率，末端膜的進水鹽濃度會快速增加。例如產(chǎn)水率為50％時濃度將增加一倍，75%時濃度將增加4倍，90