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水处理技术基础知识(3)--反渗透/纳滤


水处理技术基础知识(3)

1、膜分离过程分类 
      膜法液体分离技术的基础是分离膜,通常分离膜是由表面一层非常薄(厚度在0.20~0.25 微米)而致密的皮层和该皮层下厚度约为100微米的多孔支撑层组成。致密皮层为起到分离作用的功能层。从分离精度上划分,一般可分为四类:微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO),它们的过滤精度按照以上顺序越来越高。 
       <微滤 MF>     能截留 0.1-1 微米之间的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性固体(无机盐)等通过,但会截留住悬浮物,细菌,及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为0.3-7bar。 
      <超滤 UF>    能截留 0.002-0.1微米之间的大分子物质和杂质。超滤膜允许小分子物质和溶解性固体(无机盐)等的通过,同时将截留下胶体,蛋白质,微生物和大分子有机物,用于表示超滤膜 
      孔径大小的切割分子量范围一般在 1,000-500,000 之间,超滤膜的运行压力一般为 0.3-5bar。 

     <纳滤 NF>    能截留纳米级(0。001 微米)的物质。

      纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间,其截留有机物质的分子量约为 200-800MW 左右,截留溶解盐类的能力为 20%-98%之间,对可溶性单价离子的去除率低于高价离子,如对氯化钠及氯化钙的去除率为 20%-80%,而对硫酸镁和硫酸钠的去除率为 90%-98%。纳滤一般用于去除地表水中的有机物和色素、地下水中的硬度及镭,且部分去除溶解盐、食品和医药生产中有用物质的提取、浓缩等。纳滤膜的运 行压力一般为3.5-30bar。 
      <反渗透 RO> 是最精细的一种膜分离产品,其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物,同时允许水分子通过。醋酸纤维类反渗透膜脱盐率一般大于95%,反渗透复合膜脱盐率一般大于99%。反渗透膜广泛应用于苦咸水及海水淡化,锅炉补给水,工业纯水及电子级高纯水制备,饮用纯净水生产,废水处理和特种分离等过程。在离子交换前使用反渗透可达幅度降低操作费用 和废水排放量。反渗透纳滤膜的运行压力一般介于苦咸水的 12bar 到海水的 70bar。 

2、反渗透膜的材料与结构 
      反渗透膜是一种用特殊材料和加工方法制成的具有选择性透过性能的薄膜。它能在外加压力 的作用下,使水溶液中的某些组分透过,另一些组分被阻挡,从而达到净化分离的目的。常用作反渗透的滤膜有两种,分别是醋酸纤维素膜(CA)和聚酰胺复合 膜。这两种膜 KMS均能提供。纤维素经酯化生成三醋酸纤维,再经二次水解成混合醋酸纤维。醋酸纤维膜有两个主 要缺点,一是易受微生物侵蚀而降解,从而使膜的脱盐率降低;二是 pH 值耐受范围较窄,通常为4~7,在酸性碱性条件下易水解,另外,CA膜运行压力相对较高。但醋酸纤维素膜具有耐氯的优点。 
       聚酰胺复合膜的分离层为高交联度的全芳香聚酰胺,由苯三酰氯和苯二胺聚合而成,具有极高的化学物理稳定性和耐久性。复合膜膜片有三层组成,分别是底层具有 支撑作用的聚酯无纺布, 厚度约为 120 微米左右;底层上浇注的聚砜中间层,厚度约为20微米左右;最上层是具有分离作用的聚酰胺功能层,厚度约为  0.2 微米左右。与醋酸纤维膜相比,复合膜具有更高的水通量、更低的操作压力、更高的脱盐率、更好的化学稳定性,可以用强酸强碱进行清洗,但复合膜的耐氧化性较 CA 膜差。 

3、反渗透系统性能的影响因素 
      反渗透和纳滤的两个᳔重要的分离特性指标是脱盐率、水通量(产水量),这两个指标主要受温度、压力、回收率、进水含盐量和pH值等因素的影响。 
      当然,影响反渗透系统的使用性能的因素还有很多,如:时间、要去除离子的价态以及分子量的大小和结构、边界层效应等。时间是一个重要的影响因素,伴随着时间的推移,膜的压紧,“A”值会减小,膜的通量会发生衰减。通量衰减是压力和温度的函数。在一定的温度下,压力越高,衰减越快。相反,“B”值是伴随着时 间的推移而增加的。因此,膜使用的时间越长,产水量会下降,脱盐率也会下降。一般说来,多价态的离子较一价离子容易去除些,脱除率会更高。分子量越大的离 子越容易去除,有分支结构的离子也会容易去除些。边界层的厚度越大,脱盐率会下降,因此提高进水流量、增大错流流速,会减小边界层的厚度,从而提高脱盐 率。


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