一种新的膜分离技术-毫微过滤及其在水处理中的应用

一种新的膜分离技术一一毫微过滤及其在水处理中的应用PeterEriksson摘要毫微过滤是一种介于反渗透和超滤两者之间的、由压力驱动的膜分离技术。毫微过滤对一价阴离子盐和分子量在105以下的非电离有机物的脱除率低;对二价和多价阴离子盐以及分子量在30以上的有机物的脱除率高。这项技术被应用的实例有:从佛罗里达州地表水中脱除色度和总有机碳(TOC);从井水中脱除硬度、镭和硫酸盐;从海水中脱除硫酸盐;在食品和制药工业中,用于分离氯化钠并浓缩分子量为30~1。。。的有机物。一个毫微过滤水处理厂的投资与相同规模的反渗透水处理厂的投资大致相同,但是采用毫微过滤技术,可节省大量的能量开文。一、导合口关于反渗透(reverseosmosis,简称Ro)和超滤(u一trafilt.lation,简,称UF),目前还没有一个完全被大家所接受的定义。有人提出:如果溶剂是以流动穿过微孔的方式通过滤膜,就称这种过程为UF;如果溶剂是以浸透的方式通过滤膜,就称这种过程为RO。然而,还没有一个好的方法用来确定有多少溶剂是以“微孔流动(poreflow)”方式通过滤膜的.也有人提出:、以膜的截留分子量为依据来下定义。膜的截留分子量为50,意味着分子量高于500的分子被膜阻截,分子量低于50的分子可通过膜。一般来说,截留分子量为1000或更高的膜是UF`膜,截留分子量为50以下的膜是RO膜。但是,膜的截留分子量并不是固定不变的。因此,在RO和UF之间;仍然存在着一个灰色领域。在70年代,以色列脱盐工程界研究出一种介于RO和UF之间的、被称为“混合过滤(HybridFiltration)”的技术,其氯化钠的脱除率为50~70%,有机物的脱除率为90%.将这种技术称为混合过滤的主要缺点是:“混合过滤”本身并不能说明该项技术属于何种类型的过滤,还不如称为“中间过滤(mediafiltra-tion)”和“滤筒过滤(eartridgefi-ltratoin)”之类的名称。由于介于RO和UF两者之间的过滤所阻截分子的大小以毫微米计算,所以,最合适的名称还是毫微过滤(nanofiltration,简称NF)。二、毫微过滤膜(NF膜)目前,FilmTec有4种型号的、批量生产的NF膜,即NF5o、NF7o`、NF40和NF40HF。其中,’NF50和NF7o是交联芳香聚酞按型膜,与FT30(一种RO膜)的基本结构相`似;NF40和NF4oHF是交联聚酞钱型膜,结构特殊。这4种NF膜的表面都带有净负电荷,目前还没有对其所带电荷进行定量研究:这4种NF膜的运转条件和性能由表l给出。表14种NF膜的运转条件和性能NF50NF70FN04N取0于工Fnù508连OU八Hù”一合ó卜ù日ù八6左`n门0.0八曰O门Rg月日O口OdQé加压(单位:巴),以维持43l/mZ/h的透过流量。,运转的pH条件最高温度溶质的脱除率.*NaCI玉1950`葡萄糖(分子量为18。)蔗搪(分子量为342)2~103~92~109弓勺84550O09098.主温度为25℃、MgSO`浓度。.2%的条件下。**在温度为25℃、溶液浓度为。.2写、透过流量为431/mZ/h的条件下。从表1可知,这4种NF膜对MgSO`的脱除率都相当高(90~98%),而对NaCI的脱除率较低(50%左右)。由于NF膜带负电荷,因此,溶质的脱除率主要取决于阴离子排斥力。例如,NF膜对CaCI:和NaCI的脱除率大致相同(CaCI:的脱除率偶然低于NaCI的脱除率);对Na:50;和MgSO`的脱除率也大致相同。NF膜强烈阻截二价和多价阴离子的通过。到目前为止,还未研制出一种带有高负载阳离子、能提供阳性净表面电荷的NF膜。NF50和NF7o是在与UF膜大致相同的低压下运转,料液的总溶解固体(TDS)也较低;而NF4O是在与低压反渗透大致相同的压力下运转;NF40HF的运转压力处于上述两者之间。NF4。和NF40HF在性能上与NF50和NF70有一个重要的差别,即它们对NaCZ的脱除率受NaCI浓度变化的影响不同:在透过流量一定的条件下,即使提高NaCI的浓度,NFSO和NF70对NaCI的脱除率也不会发生变化;而NF40和NF40HF对NaCI的脱除率随NaCI浓度的增加而降低。这可以用Donnan排斥模型解释。当N拜CI浓度较高时,有更多的Na十参入屏蔽膜上的负电荷,从而使CI一容易通过膜。50辱“-比C】一的电荷密度高,几乎完全被NF膜所排斥,即使将海水或4%的MgSO`这样高离子浓度的溶液作为料液,情况也是如此。图1所提供的资料来源于笔者1986年的研究工作,它表示将NF40一2514组件用于脱除MgSO`和NaCI的情况。在压力为20巴的条件下,当NaCI的浓度从29/l增加到409/1时,组件对NaCI的脱除率从6