（化学工程专业论文）纳滤处理电镀废水实验研究.pdf

摘要 传统的电镀废水治理方法多为氧化一还原法和( 或) 沉淀法，虽然处理后的 废水能够达到排放标准，但是许多有价值的重金属离子不能回用，而且污泥还会 造成新的污染。若能采用物理法把重金属离子与废水分离，那么二者都可以回用， 意义重大。 本文利用自制的实验装置，开展了纳滤膜技术处理电镀废水的研究，系统地 考察了纳滤过程中的各种影响因素。实验选用了三种不同渗透系数的亲水性纳滤 膜：d l 、d k 、n t r 7 4 5 0 以筛选出适合处理电镀废水的膜。 首先对某厂的电镀漂洗废水进行纳滤实验。该废水所含重金属离子主要为 c r 和c u 。实验结果表明，重金属离子的去除受压力、流速、温度、p h 和料液浓 度等因素的影响。随压力的增加，膜通量逐渐增大，由于浓差极化和膜污染的影 响，通量上升到一定值后开始下降，而膜对重金属离子的截留率比较稳定。预压 会对纳滤膜结构产生影响，既可能使纳滤膜截留率增大，也可能使纳滤膜截留率 降低；预压压力越高，纳滤膜渗透系数越低。膜面流速增大、科液温度升高会使 通量增大，而流速和温度对截留率影响较小。由于随p h 的变化，膜表面荷电和 料液物性改变，p h 值对离子的截留率影响较大，但p h 值对膜通量影响较小。 对于本实验体系，适宜的操作压力为0 6 i 2m p a ，温度为3 0 - 4 5 ，p h 为中性 或碱性。实验发现，d l 和d k 膜有较高的通量和截留率，适合处理电镀废水。 d l 膜渗透液中c r 平均浓度为o 5 2m g l ，c u 平均浓度为0 9 5m g l ；d k 膜 渗透液中c r 平均浓度o 8 0m g l ，c u 平均浓度为1 6 3m g ：l ，调节p h 后可直接 排放或返回电镀槽作漂洗水。 电镀废水纳滤浓缩实验表明，随浓缩过程的进行，通量呈下降趋势。浓缩过 程中d l 和d k 膜对c r 和c u 的截留率都在9 0 以上，分别把c r 和c u 由1 5 5 5 和1 6 5 4m g t , 浓缩至1 0 7 7 5 和1 2 9 4 5m g l ，两种离子的浓缩倍数分别为6 9 3 和7 8 3 倍。 d l 膜在酸性电镀废水中耐受性较差，浸泡7 0 天后，对c r 离子平均截留率 由原来的9 6 6 降到6 0 以下，而d k 膜则有较好的耐受性，对c r 离子的截留 率始终保持在9 2 以上。d l 和d k 膜在中性电镀废水中都有较好的耐受性，浸 泡7 0 天后，两膜对c r 离子截留率都在9 0 以上。由于纳滤膜在溶剂中长时间 浸泡可能发生溶涨，使得膜孔径增大，因此两膜的通量随浸泡时间延长而增大。 在中性溶液和酸性溶液中浸泡7 0 天的d l 膜比未浸泡的通量分别增大4 6 8 和 1 9 4 ，而d k 膜通量都增加了2 8 6 。 为了考察纳滤膜对单盐溶液中重金属离子的去除效果以及其它离子对重金 属离子去除效果的影响，本文还以c u s 0 4 ，c u c l 2 ，c u ( n 0 3 ) 2 溶液为模拟电镀废 水进行了纳滤实验。实验结果表明，随原料液浓度的增大膜通量降低，而膜对铜 离子的截留率有升高的趋势；纳滤膜对各盐的截留率大小排序为 c u s 0 4 c u c l 2 c u ( n 0 3 ) 2 。实验还考察了添加其它离子对纳滤膜通量和截留率的 影响。结果表明，加入c a c l 2 后，对d l 膜性能影响不显著；加入n a 2 s 0 4 后， d l 膜的通量变化不明显，截留率略有升高；加入e d t a 能明显提高d l 膜通量 和对铜离子的截留率；当加入k n 0 3 或n a c i 后，d l 膜通量变化不明显，而铜 离子截留率却降低了。 在上述实验基础上，对日产1 2 0 0 吨净水的纳滤膜技术处理电镀废水工程进 行了经济分析和综合效益分析，结果表明纳滤膜技术处理电镀废水具有良好的经 济效益和社会效益。 关键词：纳滤微滤废水处理电镀废水a r m a b s t r a c t n ee l e c t r o p l a t i n gw a s t ew a t e ri sg e n e r a l l yt r e a t e db yc o n v e n t i o n a lt e c h n i q u e s s u c ha so x i d a t i o n r e d u c t i o na n d o rp r e c i g r a t i o nt om a k et h ee f f i u e n t sm e e tt h e s t a n d a r d sf o rd i s c h a r g et ot h es e w a g es y s t e m s h o w e v e r , m a n yv a l u a b l eh e a v ym e t a l s w i l lb el o s ta n dn e wc o n t a m i n a n t sm a yb ep r o d u c e d i ft h eh e a v ym e t a l si nt h ew a s t e w a t e rc a nb es e p a r a t e db yp h y s i c a lm e t h o d s ，b o t ht h ew a t e ra n dc o l l e c t e dh e a v y m e t a l sc a nb er e n s e d i nt h i sw o r k ，t h en a n o f i l t r a t i o no fe l e c t r o p l a t i n gw a s t ew a t e rw a si n v e s t i g a t e d s o m ek e yp a r a m e t e r sw h i c hm a yi n f l u e n c et h ep r o c e s sw e r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y t h r e en fm e m b r a n e s - - d l , d ka n dn t r - 7 4 5 0 ，w h i c hh a v ed i f f e r e n th y d r a u l i c p e r m e a b i l i t i e s - - - w e r es e l e c t e df o rt h ee x p e r i m e n t s e x p e r i m e n t so nt h et r e a t m e n to f ar e a le l e c t r o p l a t i n gw a s t ew a t e rc o n t a i n i n gc r a n dc uw e r ec a r r i e do u t t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h er e m o v a lo fh e a v ym e t a l si s i n f l u e n c e db yp r e s s u r e 。c r o s s f l o wv e l o c i t y , p h ，c o n c e n t r a t i o na n dt e m p e r a t u r eo ft h e f e e ds o l u t i o n c rr e j e c t i o ni sh i g h e rt h a nc ur e j e c t i o n a st h eo p e r a t i n gp r e s s u r e i n c r e a s e s ，c ra n dc ur e j e c f i o n sk e e ps t e a d y p e r m e a t ef l u xi n c r e a s e sw i t hi n c r e a s i n g p r e s s u r e ，一b u td e c l i n e s a th i g h e rp r e s s u r ed u et oc o n c e n l r a t i o np o l a r i z a t i o na n d m e m b r a n e f o u l i n g t h ep e r f o r m a n c e o fn fm e m b r a n ew i l lc h a n g ea f t e r p r e c o m p a c t i o n ，t h i sm a y b ed u et ot h ev a r i a t i o no f t h em e m b r a n es t r u c t u r e i n c r e a s i n g c r o s s f l o wv e l o c i t ya n dt e m p e r a t u r ew i l li n c r e a s et h ep e r m e a t ef l u x ，a n dn o ta f f e c tt h e h e a v ym e t a lr 司e c f i o n so b v i o u s l y t h ev a r y i n go fp hv a l u ew i l l c a u s et h eg r e a t v a r y i n go fh e a v ym e t a lr e j e c t i o n s ，b u ts m a l lv a r y i n go fp e i - m e a t ef l u x ，t h es u i t a b l e o p e r a t i n gp r e s s u r er a n g ei s 0 6 1 2m p a ，t e m p e r a t u r er a n g ei s3 0 - - 4 5 c ，p hr a n g ei s 6 - 9 d la n dd km e m b r a n e sh a v eh i g hh e a v ym e t a lr e j e c t i o n sa n dh i g hp e r m e a t ef l u x ， t h u st h e s et w o m e m b r a n e sc a nb es e l e c t e da st h es u i t a b l em e m b r a n e sf o rt h et r e a t m e n t o fe l e c t r o p l a t i n gw a s t ew a t e r t h ea v e r a g ep e r m e a t ec o n c e n t r a t i o no fc ra n dc ui so 5 2a n do 9 5m g l r e s p e c t i v e l yf o rd lm e m b r a n e ，a n do 8 0a n d 1 6 3m g lr e s p e c t i v e l yf o rd k m e m b r a n e 1 1 1 ep e r m e a t ew a t e rc a nb ed i s c h a r g e do rr e u s e da sr i n s ew a t e ra f t e r a d j u s t i n gt h ep h t h en a n o f i l t r a t i o nc o n c e n t r a t i o no fe l e c t r o p l a t i n gw a s t ew a t e rb yd la n dd k i l l m e m b r a n e sw a si n v e s t i g a t e d c ra n dc uc a nb ec o n c e n t r a t e df r o m1 5 5 5a n d1 6 5 4 m e , a - u pt o 1 0 7 7 5a n d1 2 9 4 5m g lr e s p e c t i v e l y w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ef e e d c o n c e n t r a t i o n , t h ep e r m e a t ef l u xd e c r e a s e s h o w e v e r , c ra n dc ur e j e c t i o n sa r ch i g h e r t 1 1 a n9 0 f o rb o t hd la n dd km e m b r a n e s t h ea n t i - s o l v e n tp r o p e r t yo fd la n dd km e m b r a n e sw a si n v e s t i g a t e d t h e r e s u l t ss h o wt h a ta f t e r7 0d a y si m m e r s i o ni nt h ee l e c t r o p l a f i n gw a s t ew a t e rw i t hp h 2 3 2 ，t h es t r u c t u r eo fd lm e m b r a n ew i l lb ed e s t r o y e d , a n dc rr e j e c t i o nw i l ld e c r e a s e b e l o w6 0 ，b u td km e m b r a n eh a sav e r yg o o dr e s i s t a n c et ot h ea c i de l e c t r o p l a t i n g w a s t ew a t e r b o t hd la n dd km e m b r a n e sc a nw i t h s t a n dt h ee l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e rw i t hp h7 0 a f t e r7 0d a y si m m e r s i o ni nt h i ss o l u t i o n , c rr e j e e t i o nw i l ls t i l lb e h i g h e rt h a n9 0 f o rb o t hd la n dd km e m b r a n e s t h er e s u l t sa l s os h o wt h a tt h e p e r m e a t ef l u xi n c r e a s e sw i t ht h ei m m e r s i o nt i m e n l ee x p e r i m e n t so nn a n o f i l t r a t i o no fs i m u l a t e dc o p p e re l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e r w e r ec o n d u c t e d c u s 0 4 ，c u c l 2 ，c u ( n 0 3 hs o l u t i o n sw e r eu s e da sf e e ds o l u t i o n s t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tc ur e j e c t i o ni nd i f f e r e n ts o l u t i o n si si nt h ef o l l o w i n g s e q u e n c e ：c u s 0 4 c u c l 2 c u ( n 0 3 ) 2 i ns i n g l e s a l ts o l u t i o n s ，a st h ef e e dc o n c e n t r a t i o n i n c r e a s e s , c ur e j e c f i o ni n c r e a s e s 。w h e r e a st h ep e r m e a t ef l u xd e c r e a s e s w i mt h ea i m o fs t u d y i n gt h ei n f l u e n c eo fp o s s i b l ei o n so nt h em e m b r a n ep e r f o r m a n c e ， n a n o f i l t r a t i o nf o rt h ec 1 科0 3 ) 2s o l u t i o n si nt h ep r e s e n c eo fv a r i o u ss a l t s ( c a c l 2 ， n a 2 s 0 4 ，e d t a ，k n 0 3 ，n a c l ) w a sc a r r i e do u t mr e s u l t ss h o wt h a tc ur e j e c t i o na n d t h ep e r m e a t ef l u xa r en o ta f f e c t e db yt h ep r e s e n c eo fc a c l 2 na d d i n gn a 2 s 0 4i n t h ec u ( n 0 3 hs o l u t i o n , c ur e j e e t i o ni n c r e a s e ss l i g h t l ya n dt h ep e r m e a t ef l u xd o e sn o t c h a n g eo b v i o u s l y t h ea d d i t i o no fe d t a i nt h es o l u t i o nl e a d st oa l lo b v i o u si n c r e a s e i nc ur e j e c t i o na n dp e r m e a t ef l u x 毋蚤即a d d i n gk n 0 3o rn a c li nt h es o l u t i o n , c u r c j e c t i o nd e c r e a s e s ，a n dt h ep e r m e a t ef l u xa l m o s td o e sn o tc h a n g e o nt h eb a s i so ft h ea b o v ee x p e r i m e n t s ，a ne c o n o m i ca n a l y s i sw a sc a r r i e do u to n ap l a n tw i t l l5 0 伽p r o d u c tw a t e r i ts h o w st h a tt h ep l a n th a sg o o de c o n o m i cb e n e f i t a n dr e m a r k a b l es o c i a lb e n e f i t k e y w o r d ：n a n o f i l t r a t i o n ( n f ) ，m f ，w a s t e w a t e rt r e a t m e n t , e l e e t r o p l a t i n gw a s t ew a t e r , a f m i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盔鲞盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：缅兴游 签字日期：一之“7 年f , e l 肛e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 柄关游 一了，p 导师签名：步么厂 签字日期：厕年, e l 心日签字日期：叼年，月，厂日 第一章文献综述 1 1 纳滤膜 1 1 1 纳滤膜的概念 第一章文献综述 纳滤( n a n o f i l t r a t i o n , n f ) 是介于反渗透和超滤之间的一种以压力为驱动力 的新型膜分离过程，通常相对分子质量截留范围为2 0 0 - 1 0 0 0 ”。纳滤膜表面分离 皮层有纳米级微孔结构，在渗透过程中截留率大于9 5 的最小分子约为1n x n ， 故称为“纳滤”。 2 0 世纪7 0 年代j e c a d o t t l e 研究n s 3 0 0 膜，即为研究纳滤膜的开始。当 时，以色列脱盐公司用“混合过滤”( h y b r i df i l t r a t i o n ) 来表示介于超滤和反渗 透之间的膜分离过程，后来美国的f i l m t e c h 公司研究了一种薄层复合膜，命名 为“纳米膜”，这是纳米一词的由来，并一直沿用至今 2 1 。之后，纳滤膜技术发 展得很快，膜组件于2 0 世纪8 0 年代中期商品化b ”。 1 1 2 纳滤膜技术的特点 纳滤是介于超滤和反渗透之间的一种新型膜分离技术，传质机理既有筛分作 用( 如超滤) 又有溶解扩散( 如反渗透) 作用【5 1 ，而且对有机物和多价盐有较高 的截留率【6 1 。纳滤膜技术除具有一般膜过程的低能耗、操作条件温和、环境友好 等优点外，还具有以下的特点。 1 、纳滤膜分离机理主要是筛分作用和电荷排斥川。通常，纳滤膜在中性和 碱性条件下荷负电，在酸性条件下荷正电【8 】。纳滤膜表面的电荷对离子的分离有 相当大的作用【ql o 】，因此，纳滤膜具有离子选择性：由于在膜上或膜中有带电基 团，它们通过静电互相作用，对不同价态的离子具有不同的截留能力。具有一价 离子的盐可以大量地渗过膜( 并不是无阻挡) ，然而膜对具有多价离子的盐具有 很高的截留率【i “。 2 、由于d o n n a n 效应，纳滤膜会对一些离子产生负的截留率。这是因为在 荷电组分的的平衡中，渗透组分的传递符合道南平衡。这里引入电化学势叩，： ，7 ，= ，+ z ，f 伊 ( 1 1 ) 其中，为被考察组分的化学势，z ，为组分的电荷数，为每摩尔简单荷电组分 第一章文献综述 的电荷量( 称为法拉第常数) 。p 为相的内电位，并且具有电压的量纲。在荷电 组分的平衡中，膜两侧每种渗透组分的电化学势必须是同样大的，即可。= 刁n o 以n a c l 溶液为例，如下图所示，膜两侧相i 和i i 中，道南平衡公式为： c i n a c i c i = c 1 i n n c 1 l c l( 1 2 ) 相i相 如果在相i 中加入足够的硫酸钠，就会增大相i 和相中钠离子浓度的比例，与 此同时，溶液仍要满足公式( 1 2 ) ，而单价氯离子相对硫酸根更易透过纳滤膜，即 认为硫酸根被全部截留，那么相和相i 中的氯离子比例也须增大，所以氯离子 可能会逆着其浓度梯度传递，即出现负的截留率。最近，这种现象已被许多研究 者报道过 1 2 , 1 3 j 。 纳滤膜在饮用水净化处理、污废水排放处理、各种水溶液的浓缩与精制的优 越性已逐渐为人们所认识，但由于膜成本较高和应用经验不足，国内在此领域还 刚开始，预计今后会有很大发展。 1 1 3 纳滤膜的种类 从纳滤膜表皮层的组成可分为【1 4 】： 1 、芳香聚酰胺类复合纳滤膜，主要有美国d o w f i t m t e c 的n f 5 0 和n f 7 0 ， 日本n i t t od e n c oh y d r o n a u t i c s 的e s n a 系列。 2 、聚赈嗪胺类纳滤膜，有美国d o wf i l mt e c 的n f - 4 0 和n f - 4 0 h f ，日本 t o r a y 的u t c - 2 0 h f 和u t c 6 0 等。 3 、磺化聚醚砜类纳滤膜，有日本n i t t od e n c o 的n t r - 7 0 0 系列。 4 、混合型复合纳滤膜，由聚乙烯醇和聚哌嗪酰胺组成，包括日本n i t t o d c n c o 的n t r 7 2 5 0 和美国g eo s m o n i c s 的d e s a l 5 。 根据纳滤膜的荷电情况，又可分为【j 5 】： 2 o o o o o 第一章文献综述 1 、荷负电膜 2 、荷正电膜 3 、双极膜 1 1 4 商品化的纳滤膜产品 目前国际上广泛应用的商品化纳滤膜主要有d o wf i l n l t e c 、o s m o n i c s 、 h y d r o n a u t i c s 、n i t t o 、t o r a y 、k o c h 等大公司的品牌。 d o w f i l m t e c ( 陶氏) 纳滤膜，主要有四种型号：n f 5 0 、n f 7 0 、n f 4 0 和n f 4 0 h f , 其中n f 5 0 和n f 7 0 为交联芳香聚酰胺膜，n f 4 0 和n f 4 0 h f 为交联聚酰胺膜， 这四种膜均为荷负电膜，主要用于给水处理。 o s m o n i c s 纳滤膜，有d 系列和h 系列两类纳滤膜。d 系列膜包括d k 和d l ， 截留分子量为1 5 0 3 0 0d a l t o n ，主要用于染料的脱除和浓缩、重金属的去除、酸 的提纯、糖的浓缩和精制、乳清蛋白的浓缩和脱盐等。h 系列膜型号为h l ，主 要应用于水的软化、脱色以及脱除水中的三致物质前驱物( 1 h m s ) 。 h y d r o n a u f i c s ( 海德能) 纳滤膜，有e s n a 系列和h y d r o c o r e 型，e s n a 系列有e s n a i 和e s n a 2 两种型号，材质均为芳香聚酰胺，可用于水质软化和脱 除有机物、细菌和病毒。h y 】) r o c o r e 为磺化聚醚砜纳滤膜，主要应用于印染、 造纸、食品工业废水处理及活性染料的脱盐与浓缩等。 n i t r o 纳滤膜主要有n t r - 7 4 0 0 系列。该系列膜具有较强的耐氯性、耐酸碱 性和耐高温性。n t r - 7 4 0 0 系列复合荷电膜用于高盐浓度溶液的脱色、食品和发 酵产品的浓缩和纯化、酶的浓缩、纸浆废水处理和低盐度水溶液的脱盐。 t o r a y 纳滤膜主要有s u 6 0 0 ，s u 5 0 0 和s u 2 0 0 三种型号，材质为聚酰胺，可 用于水软化和无机物、有机物的脱除。 表l - l 所示是部分纳滤膜的分离性能，可以看出，不同纳滤膜的分离性能不 完全相同，它们有一个共同点、即膜对单价离子的截留率较低，对硫酸根和蔗糖 的截留率较高。膜的这些特性受控于膜材料、膜结构形态和膜的表面性质等。 商业上用的纳滤膜组件中大多为卷式组件，此外也有采用管式和中空纤维式 的纳滤膜组件。表1 2 所示是部分纳滤膜组件的性能。 笙二至壅堕堡堕 表1 一l 部分纳滤膜的分离特性【1 e 1 table 1 一ls e p a r a t i n gp r o p e r t i e so f s o m eo f n fm e m b r a n e s n a c l 4 07 05 1 1 56 0 8 06 54 0 n a 2 s 0 4 一一 9 25 5 9 9 9 9 7 一 m g c l 2 2 0 1 3 49 0 9 9 4一 m g s o 9 59 3 3 2 99 99 99 9 7 9 8 厶醇一一一 一2 6 1 0一 一 异丙醇 一 一一一 4 33 51 7 一 葡萄塘 9 09 8一 一9 4 一一一 蔗糖 9 8 9 93 65 9 89 9 9 99 7 质质量分数0 1 ，压力0 7m p a ；实验温度均为2 5 ( 2 表1 - 2 部分纳滤膜组件的性能l ”j t a b l e1 - 2p e r f o r m a n c eo f s o m en fm e m b r a n em o d u l e s 生产厂家 组件溶质 浓度压力 温度7 宁量 截留率 一 ! ! 竺! 型尘! !丛竺：盟坐 f i l mt e e s - n f - 7 4 0 0 m g s 0 4 2 0 0 0o 4 9 2 54 7 0 0 9 5 ；0 0 f i l m t e e f i l m l 赴 f i i m l k f l i m t e e p i l m t e e f j i m t e c f i i m t e e f i i m t e e h y a r a n a u t i c s h y d r a n a u t i c s h y d r a n a u t i c s t o r a y t r i s e p t r i s e p d e s a i d e s a l n i t t o n i t t o n i t t o 水处理中心o s - n f - 9 0 - 4 0 0 m g s 0 4 s r 9 0 - 4 0 0 m g s 0 4 n f 9 0 - 4 0 0 m g s 0 4 n f 2 7 0 4 0 0 m g s 0 4 n f 2 0 0 - 4 0 0 m g s o t n f - 2 5 4 0 m g s o - n f - 4 0 4 0 m g s 0 4 n f - 4 0 0 m g s 0 4 e s n a - 4 0 4 0n a c l e s n a l n a c l e s n a 2 n a c i s v - 3 2 0n a c i 8 0 4 0 - t s _ 4 0 t s a m g s 吼 8 0 4 0 t s _ 4 0 - t s a m g s 0 4 d k 8 0 4 0 f m g s 0 4 d l 8 0 4 0 f m g s 0 4 n t r - 7 2 5 0n a c l n t r 7 4 1 0n a c l n t r ，7 4 5 0n a c l h n f - 1 3 0n a c l 2 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 0 0 0 2 0 9 o 4 8 0 9 0 4 8 0 4 8 0 4 8 0 8 9 0 8 9 0 8 9 0 5 2 o 5 2 0 5 2 0 7 5 0 7 0 7 0 7 5 0 7 5 1 5 0 5 1 o 1 0 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 3 9 0 0 3 7 0 0 3 9 o o 4 7 0 0 2 5 7 0 3 2 7 0 9 2 6 0 3 8 1 5 0 8 7 0 4 1 6 0 5 8 8 0 4 4 0 0 4 1 7 0 4 1 7 0 3 0 2 8 3 8 8 6 4 8 0 0 2 5 0 0 1 3 0 0 1 7 8 0 9 5 0 9 7 0 9 7 0 9 7 0 9 9 0 9 9 0 9 9 0 8 0 0 8 0 ，0 6 0 0 6 0 0 4 0 0 4 0 0 9 6 ，0 9 4 0 6 0 0 l o 0 5 0 0 4 5 ，7 娄磐型上王筌竿竺坚! 鲨 ! ：! ! !：! ! ：! 以3 5 0 0 0m g l 的海水为料液，钙、镁、氯和氯酸根离子的截留率分别为2 3 、7 6 、4 和。 9 8 ；注：文献并未给出纳滤膜对m g s 0 4 截留率中空纤维式；卷式 4 第一章文献综述 1 2 纳滤膜技术的应用 纳滤膜最大的应用市场是饮用水领域，主要用于脱除水中的三卤甲烷 ( n 删) 、异味、色度、农药、合成洗涤剂、可溶性有机物、硬度等，纳滤将是 新世纪饮用水市场的优选技术。纳滤膜另一个重要的应用领域是废水处理。目前， 纳滤处理纺织行业、电镀行业、核能工业、电子行业、市政工程、食品医药、造 纸印染等工业废水的研究已广泛开展。纳滤膜由于截留分子量介于超滤与反渗透 之间，同时还存在d o n n a n 效应，因此对低分子量有机物和盐的分离有很好的效 果，并具有不影响分离物质生物活性、节能、无公害等特点，在食品工业、发酵 工业、制药工业、乳品工业等行业也得到越来越广泛的应用。 1 2 1 给水生产 1 2 1 1 水软化 纳滤在水处理领域中最重要的应用之一就是水软化。钙、镁、碳酸根和硫酸 根等两价离子是形成水硬度的主要原因。采用膜法软化代替传统的石灰软化和离 子交换法软化的优点是无污泥，不需要再生，并且还可以完全除去悬浊物和有机 物，设备操作简便，占地面积小，而在投资、操作和维修费用方面与传统方法大 致相同。因此，美、欧、日等发达国家提出的水质改善计划中均将膜技术作为最 有效的水净化手段，尤其是纳滤技术，在2 l 世纪将成为水净化的首选技术i 捧1 9 1 。 张国亮例采用如下所示工艺对山东长岛南隆城的高硬度水质进行纳滤处 理，结果表明，n f 9 0 膜在海岛饮用水制备中可有效地除去c a 2 + 、m 矿+ 等硬度。 在较低的操作压力( 8 1 ，产水量1 4 4 堋，淡化水水 质符合生活饮用水卫生标准。 = 二：三二二嗣乙 产水一精滤一贮永罐一纳滤装置一精滤器一 1 2 i 2 除硝酸盐 在一些以农业为主的地区，地下水中的硝酸盐含量很高，不符合饮用水标准。 可先将原水用纳滤膜处理以除去二价离子，透过水再进行离子交换处理除去硝酸 第一章文献综述 盐，使离子交换树脂的再生周期延长2 - 3 倍。 纳滤膜的透过液中含有较高含量的硝酸钠( 同时还有氯化物) 。当透过液经 过离子交换柱时硝酸根离子被氯离子交换，处理后的液体( 无硝酸根) 硝酸盐含 量符合饮用标准的饮用水。 1 2 1 3 污染地下水和地表水处理 工业废水和农业排放水造成的水环境污染问题越来越受到人们的关注。工、 农业废水进入水域，往往导致有机物含量增加，这些有机物容易与水处理过程中 加入的氯反应生成致癌性物质一三卤化合物( t h m s ) 。纳滤膜能够有效去除这 些有毒有机物、痕量除草剂、杀虫剂重金属、天然有机物及部分硬度、硫酸根等 物质，成为脱除地表水和地下水中农药污染物的优选工艺【2 1 捌。 巴黎m e r y - s u r - o i s e 纳滤饮用水处理厂【2 3 1 ( 处理能力3 4 1 0 5m 3 ，d ) 由于用 臭氧加活性炭处理的河水仍不能满足饮用水( t o c 的浓度 n t r - 7 4 5 0 ，这与报道的相一 致i s l a 2 l ，见表3 2 和3 3 ，分别采用非接触模式和敲击模式测量不同面积的纳滤膜表 面粗糙度。虽然两种方式所得结果有些差别，但仍可比较出不同纳滤膜的粗糙度。 由表中数据可见，随测量面积增大，粗糙度增大，d l 和d k 膜的粗糙度远远大于 n t r - 7 4 5 0 膜的。随膜表面粗糙度增高，膜通量增大，这是因为膜有效面积增大的缘 故。换言之，表面粗糙度大的膜表面可以获得更大的透过通量 s o l 。图3 - 4 较好的证 第三章纳滤处理实际电镀废水实验 实了这一结论，d l 膜的纯水通量最大，约为d k 的两倍。尽管d k 膜粗糙度比 n t r - 7 4 5 0 膜的要高，然而d k 膜通量却比n t r - 7 4 5 0 膜小，这应该是其膜厚、膜孔 径等参数与n t r - 7 4 5 0 膜的差别造成的。 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 21 41 61 8 2 0 2 2 2 4 2 6 p r e s s u r e m p a ( a ) p r e s s u r e m p a ( b ) 图3 - 4 不同压力预压后压力对纳滤膜纯水通量的影响 f i g3 - 4e f f e c to f p r e s s u r eo np u r ew a t e rf l u xo f n fm e m b r a n e sa f t e rd i f f e r e n tp r e c o m p a c t i o n ( a ) ：p r e c o m p a c f i o nu n d e r2 4m p a , ( b ) ：p r e c o m p a c t i o nu n d e r1 4m p a ；t e m p e r a t u r e ：2 0 ( 2 3 t _111葛芷 产u11冀nlu 第三章纳滤处理实际电镀废水实验 第三章纳滤处理实际电镀废水实验 图3 - 5 三种纳滤膜表面形态对比 f i g3 - 5c o m p a r i s o no f s u r f a c em o r p h o l o g yf o rt h en fm e m b r a n e sb ya f m ( a ) d l ，d k ( c ) n t r 7 4 5 0 表3 - 2 非接触式a f m 所测不同面积( o 5 x 0 5 m 。，1 l1 t m 。，3 x 3i t m - 2 , 5 x 5p m - 2 ，1 0 x 1 0pi i l - 2 ) 纳滤膜的粗糙度【8 2 】1 t a b l e3 - 2r o u g h n e s sm e a s u r e m e n to f t h en fm e m b r a n e sw i t hn o n c o n t a c ta f mf o rd i f f e r e n ta r e a s ( o 5 0 5 m - 2 ，l x iu m 五，3 3u m 之，5 5u m 2 ，f o x l oh m 。) 第三章纳滤处理实际电镀废水实验 表3 _ 3 敲击模式a f m 所测不同面积( 0 5 x 0 5u m - 2 ) i iu m - 2 ) 3 x 3i x m - 2 ，5 x 5p m - 2 , 1 0 x 1 0 1 1m - 2 ) 纳滤膜的粗糙度【8 2 】 t a b l e3 - 3r o u g h n e s sm e a s u r e m e n to f t h en fm e m b r a n e sw i t ht a p p i n gm o d ea f mf o r d i f f e r e n ta r e a s ( o 5 n 0 5p m 。，1 1 “m - 2 ，3 3p m - 2 ，5 x 5u m 。，1 0 1 0u m 五) 基于测得的纳滤膜纯水通量，求得在2 4i v p a 预压后d l 、d k 、n t r 7 4 5 0 纳 滤膜的纯水渗透系