纳滤 水处理深度处理

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1、纳滤深度处理饮用水纳滤(NF)是一种相对较新的压力驱动膜分离过程,它通过膜的渗透作用,借助外界能量或化学位差的推动,对两组分或多组分混合气体或液体进行分离、分级、提纯和富集.20世纪70年代,以色列脱盐工程局创造出一个新词—杂化过滤(hybridfiltration)来描述介于反渗透(RO)和超滤(UF)之间的过程:在此过程中,氯化钠的截留率为50%～70%,而有机物的截留率为90%左右.这就是纳滤的最初定义1.纳滤技术介绍纳滤膜的表层孔径处于纳米级范围,且在渗透过程中截留率大于90%的最小分子约为1nm,因此称为纳滤膜.大多数N

2、F膜是聚合物的多层薄膜复合体,且常为不对称结构,含有一个较厚的支撑层(100～300μm),以提供孔状支撑,支撑层上有一层薄的表皮层(0.05～013μm).这层薄表皮层主要起分离作用,也是水流通过的主要阻力层.该表皮层为活性膜层,通常含有荷负电的化学基团.从纳滤膜表皮层的组成可分为以下几类:芳香聚酰胺类复合纳滤膜、聚哌嗪酰胺复合纳滤膜、磺化聚(醚)砜复合纳滤膜、混合型复合纳滤膜.纳滤膜在制造过程中常常让其带上电荷,因此根据纳滤膜的荷电情况,又可将其分成3类:荷负电膜、荷正电膜、双极膜.荷正电膜应用较少,因为它们很容易被水中的荷负

3、电胶体粒子吸附.荷负电膜可选择性地分离多价离子.纳滤膜的分离作用主要是粒径排斥和静电排斥.溶质的分离除了因为膜孔和溶质大小不同外,还因为膜和溶质的电荷极化.对于非荷电分子,筛滤或粒径排斥是分离的主要原因,如糖类一般有90%～98%的截留率;对于离子,筛滤和静电排斥均是分离的原因.在所有的应用中,膜面和孔电荷性在水和溶质分子穿过膜的过程中起了相当重要的作用.而且,胶体和荷电大分子与膜的相互作用以及由此而引起的膜污染也依赖于表面和孔电荷性.纳滤过程对单价离子和分子量低于200的有机物截留较差，而对二价或多价离子及分子量介于200～50

4、0之间的有机物有较高脱除率。纳滤出水在有效保留水中对人体有益的某些小分子物质的同时，还能有效去除天然有机物，合成有机物（如表面活性剂、农药等）三致物质，消毒副产物（三卤甲烷和卤乙酸）及其前提物和挥发性有机物，保证出水的生物稳定性，出水也不需要矿化和稳定，就可以满足优质饮用水的要求.2.纳滤膜过程污染的主要影响因素纳滤作为一种压力驱动膜过程,在实际应用中与超滤和反渗透一样也会面临污染及清洗问题.膜污染可定义为由于被截留的颗粒、胶粒、乳浊液、悬浮液、大分子和盐等在膜表面或膜内的(不)可逆沉积.这种沉积包括吸附、堵孔、沉淀、形成滤饼等.

5、纳滤过程的污染主要受到操作条件(操作压力、供料速率及湍流程度)、膜类型(膜材料、膜表面性能和粗糙度、孔径大小和分布及膜的结构等)、供料性能(溶质和溶剂的性质,浓度)和预处理(过滤,氧化等)的影响.在实际操作中纳滤膜的材料、结构等性能已确定,因此污染的影响因素主要有如下几种:(1)溶质浓度溶液中的有机溶质(如蛋白质等)常常以胶体的形式存在于溶液中,它与膜面的相互作用主要依赖于范德华力以及双电层作用,即使溶液中像蛋白质等大分子物质的浓度很低时,膜面也可形成足够的吸附,使通量下降.无机溶质的浓度也会对污染造成较大影响,当进料液为过饱和状

6、态时,溶解性盐如CaCO3等可在膜面沉积.溶解性盐的异核或同核结晶会引起膜面上晶体沉积物的增长从而造成无机垢污染.同时,高浓度盐会改变蛋白质等胶体的构型和分散性,影响膜面对蛋白质类胶体的吸附.(2)溶液pH值商业纳滤膜通常为荷电膜,溶液的pH值的变化会影响溶质的荷电情况,从而影响溶质和膜面间的静电作用,也就会对膜污染产生影响.随pH值的增加,有机物和钙的沉积增加,污染程度增加.(3)温度温度的影响比较复杂,温度上升,料液的粘度下降,扩散系数增加,降低了浓差极化的影响;但温度上升会使料液中某些组分的溶解度下降,使吸附污染增加,温度过

7、高还会因蛋白质变性和破坏而加重膜的污染,故温度对纳滤过程的影响须综合考虑.温度对特定的通量和自然有机物(NOM)的截留有较大影响.在高温和低温时均可观察到无机垢的形成.在高温时,由于CaCO3和CaSO4的溶解度降低,会发生异核结晶导致通量少量地降低.低温时,尽管溶解度增加,也可观到异核结晶和NOM的吸附.这是由于温度增加,pH升高,成核成份增加.异核结要比同核结晶造成更明显的通量下降.(4)流速和流型膜面料液的流速或剪切力大,换言之,当料液湍流程度高时有利于降低浓差极化层和膜表面沉积层,使污染降低.(5)浓差极化浓差极化是由于膜

8、的选择透过性造成的膜面浓度高于处理液主体浓度的现象,浓差极化可导致纳滤膜的渗透通量下降.膜污染与浓差极化虽然概念不同,但二者密切相关,常常同时发生,在许多场合,正是浓差极化导致了膜污染.浓差极化与通量J和传质系数k(k=D/δ,D为扩散系数;δ为边