废弃反渗透膜元件纳滤化的初步分析_李保光

天津城市建设学院学报第14卷第4期2008年12月JournalofTianjinInstituteofUrbanConstructionVol.14No.4Dec.2008收稿日期：2008-05-05；修订日期：2008-06-10作者简介：李保光（1981—），男，河南郑州人，天津城市建设学院硕士生.环境与市政废弃反渗透膜元件纳滤化的初步分析李保光，靖大为（天津城市建设学院膜技术研究中心，天津300384）摘要：提出了使用废弃的反渗透膜元件进行纳滤的设想．废弃的反渗透膜元件经过化学清洗和表面氧化处理形成再生膜．通过分析处理后的膜元件性能，得出如下结论：在低操作压力（0.3～0.7MPa）下，在对一价离子、二价离子和高分子有机物的去除方面具有与纳滤膜相似的性能．最后，对再生膜的应用前景进行了展望．关键词：废弃反渗透膜；纳滤；表面氧化；再生膜应用中图分类号：X76文献标识码：A文章编号：1006-6853(2008)04-0271-04纳滤（nanofiltration,简称NF）技术是介于超滤（ultrafiltration,简称UF）和反渗透（reverseosmosis,简称RO）之间的一种压力驱动型膜分离技术．纳滤膜孔径介于1～5,nm之间，操作压力0.3～0.8,MPa，截留分子质量在200～1,000Dalton．纳滤技术对二价及多价离子有很高的去除率，达90%以上，而对单价离子的截留率小于80%．目前，纳滤膜分离技术在水处理中的应用正成为国内外的研究热点[1]．由于纳滤膜的生产受到国外厂商垄断，其生产工艺还不太成熟，膜元件的性能也不太稳定，且价格昂贵，因此其应用范围受到极大限制．纵观反渗透技术进入中国市场十余年，因为反浸透膜价格相对较低，所以得到广泛应用．现每年有数以十万计的膜元件被废弃．鉴于纳滤膜是反渗透工艺为适应工业软化水的需求，实现低操作压力、低经济成本，而不断发展的新膜品种，所以如果能将一部分废弃的反渗透膜元件经处理后，转换为具有纳滤性能的膜元件，那么将使纳滤膜的应用更广泛．笔者着重论述了废弃反渗透膜元件经特殊处理后的性能特点，并对其应用进行了讨论．1试验材料与方法1.1主要试剂所用试剂主要包括NaOH（粒状）、乙二胺四乙酸四钠、三聚磷酸钠、柠檬酸、十二烷基苯磺酸钠，以上试剂均为分析纯；另外还有HCl溶液和NaClO溶液．1.2试验装置本试验所采用的清洗-测试系统流程如图1所示.其中pH代表pH计，FI代表流量计，PI代表压力计．图1清洗-测试系统流程1.3试验方法清洗工艺分两个阶段：第一阶段为常规清洗．采用动（清洗液循环）、静（浸泡）结合，酸碱交替清洗．清洗过程中，注意对清洗条件的控制，药剂投加量可适当加大，目的是快速高效地去除胶体、氢氧化物和垢类等[2]．常规清洗后，经测试产水量已达到标准水平，主要污染物也已去除完毕．由于清洗压力不高，有少部分胶体物质残留（位于隔网与膜表面夹缝中），如图2a所示．图2b为酸碱清洗后用刷拭去残留污染物的膜表面；第二阶段为氧化处理．采用氧化剂对酸碱清洗后的膜元件进行氧化，目的是在保证部分脱盐率的前提下，尽可能地提高水通量．所投加的氧化剂为NaClO（质量浓度为18%）溶液．通过控制有效氯含量和连续氧化时间，可得到脱盐率0～90%不等的膜．在下面的论述中，清洗后的膜以再生膜代替.272天津城市建设学院学报2008年第14卷第4期（a）不刷洗（b）刷洗图2酸碱清洗后的膜表面1.4分析方法流量的测定采用SUNFLY公司的流量计，电导率的测定采用CM-230电导率仪，离子浓度的测定采用美国Dionex公司的ICS-1500型离子色谱仪，污泥密度指数（SDI15）的测定采用QT/SDI-01污染指数测定仪，总有机碳（totalorganiccarbon，简称TOC）的测定采用日本岛津公司的TOC-VCPH分析仪，膜表面微观结构的观察，采用捷克生产的FEI-QUANTA200扫描电子显微镜．2试验结果及分析2.1氧化剂NaClO对膜微观结构的影响再生膜是经过氧化处理的废弃反渗透膜，因此它的分离机理不同于反渗透，与纳滤也不同．目前，对反渗透的分离机理还没有统一的解释．主要存在两种理论，即毛细孔流模型和溶解扩散模型．纳滤的分离机理主要为筛分效应和道南效应（donnaneffect）．从再生膜的结构入手，为方便起见，取两支同种类型的膜元件进行扫描电镜测试，图3a为正常反渗透膜表面SEM图，图3b为再生膜表面SEM图．比较两图可得：图3a的膜表面相对光滑许多，而且表面没有孔洞；而图3b的膜表面有许多大小不一的孔洞，这样可以提高膜的通透性．（a）氧化前（b）氧化后图3膜表面的SEM图（×25000）2.2再生膜的性能评价废弃反渗透膜元件经过酸碱清洗和氧化清洗后，必然对其性能指标产生一定的