纳滤膜的技术及应用介绍.ppt

1、Tap water treatment for potable water Nanofiltration membrane Application 自来水饮用水 纳 滤 膜 应 用,2002年1月10日,NF90-400NF200-400 NF270-400 NF-400,Agenda 日程安排,1. 自来水处理及其特点 2. 自来水水质特点 3. 纳滤膜特点及其与RO、UF、MF的区别 4. NF制造饮用水的最佳选择 5. 陶氏纳滤膜分类/选型/案例/业绩 6. 纳滤膜处理系统设计/运行几点考虑 7. 与其他品排NF膜的比较 8. NF的经济性考虑,自来水处理及其特点,自来水水源类型及其污染

2、,自来水水源 河水 湖水 水库水 井水 深井水 浅井水 自来水水源的污染 市政废水及废渣 工业废水及废渣,自来水处理流程及其特点,混凝投药,沉淀,过滤,消毒,自来水处理流程,自来水池,自来水处理特点 工艺简单 重点在除浊、除嗅、杀菌消毒 有一定的去除COD、BOD的能力 可能含余氯,自来水水质特点,自来水水质主要特点,自来水大肠杆菌、细菌、 CODcr 、BOD5、SS、色度含量 水样指标 原水含量 处理后含量 生活饮用水卫生标准 大肠杆菌 (个/L) 700-1600 03 细菌 (cfu/ml) 100-4000140?100 CODcr(mg/l) 3-161.56 BOD5(mg/l)

3、 514 SS (mg/l) 20-401.2-2.03.0 色度 (度) 5-30515,分析：自来水如果消毒不严，则可能会含少量细菌及 相对较多的病毒；如果消毒严格，则会含较多余氯。,自来水及市政污水亚硝酸盐含量特点,单位：mg/L 水样 原水 处理后 生活饮用水卫生标准 含量 含量 China III China IV WHO USA Japan 自来水1(上海) 0.1-0.15 0.008-0.010.151.0 3 1 10* 自来水2(镇江) 0.001-0.22 0.001 0.151.0 3 1 10* 自来水3(四川) 0.37-0.38 0.07-0.08 0.151.0

4、 3 1 10* 市政污水1(德国) 1.77* 0.06 0.151.0 3 1 10* 市政污水2(日本) 0 0 0.151.0 3 1 10*,注： * 该值指(NO3-+NO2-)的总和。 *该值因反硝化过程所至。,可见，自来水的亚硝酸盐含量一般不超 标。但工业污染可能会导致严重超标。,自来水可能含有的具体成分,无机成分 (粒径单位：埃) 离子 粒径 离子 粒径 分子 粒径 Na+ 1.90 H+ 0.00002 H2 2.89 K+ 2.66 F- 2.72 O2 3.46 Mg2+ 1.30 Cl- 3.62 N2 3.64 Ca2+ 1.98 Br- 3.9 Cl2 3.98

5、Sr2+ 2.26 I- 4.32 H2O 3.0 Ba2+ 2.70 S2- 3.68 NH3 2.03 Fe2+ 1.48 NH4+ CH4 3.80 Fe3+ 1.28 HCO3- CO2 3.3 Zn2+ 1.48 CO32- H2S 2.59 Cu2+ 1.50 NO3- H2SiO3 Mn2+ 1.60 NO2- Cr3+ 2.60 SO42- Al3+ 1.0 PO43-,分析：离子/分子的粒径范 围为1.0-4.3埃,自来水可能含有的具体成分,有机成分 无生命无生命 单糖多肽 甘油芳香族单体 脂肪酸丙酮酸 乙酸乙醇 丙酸其他 丁酸 乳酸 氨基酸,有生命有生命 原生动物病毒 酵母

6、菌亚病毒 霉菌(元病毒) 螺旋体 细菌 支原体 立克次氏体 衣原体,分析：水质成分如此复杂繁多。可见，在进行系统设计 之前，充分掌握水质的主要及重要指标十分必要。,纳滤膜NF的主要特点及其与RO、UF、MF的区别,纳滤膜NF的主要特点及其与RO、UF、MF的区别,项目 RO NF UF MF 孔径(nm) 0.3-0.7 1-2 1-100 50-10000 截留粒径 0.06nm 1.0nm 2.0-100nm 100nm 带电否 负电 负电 否 否 运行压力(Bar) 8-69 3.5-20 1-7 0.5-0.7 能截留的物质 盐分% 98-99.6 20-90 0 0 病毒 完全 完全

7、 部分 不能 细菌 完全 完全 较完全 部分,NF、RO、UF、MF的孔径比较,UF,NF,RO,肿瘤病毒,15nm,50nm,1nm,NF膜,给水含 : 单价盐分 二价盐分,渗透产品水,浓水,纳滤工艺过程示意图,纳滤特点： 对离子的选择性透过 孔径与反渗透接近 运行压力比反渗透低 既可用于纯化，又可用于分离和浓缩,NF制造饮用水的最佳选择,NF制造饮用水的最佳选择,问：MF和UF能有效去除中水或自来水中的COD、BOD5、TOC吗？ 答：不能。在新加坡、澳大利亚的经验表明，MF去除率 几乎为0，而UF只能达到5-20。 问：RO和NF能有效去除中水或自来水中的COD、BOD5、TOC吗？ 答

8、：能够。日常经验表明，NF和RO去除率均可达到90以上。,分析：由于生产中水和自来水的过程中，人为生化或天然 生化过程进行得较彻底，大分子有机物几乎全部降解。剩下 的COD、BOD5、TOC主要为水溶性好的小分子及少量微生 物。故MF、UF的去除效果不好，NF、RO则很好。,NF制造饮用水的最佳选择,自来水,地表水,中水,井水,RO,NF,高纯水,纯净水,直饮水,唉! 寡淡无味,喔噻! 真好喝,分析：由纳滤NF制得的直饮水，因其口感好，富含 人体所需的营养元素而倍受国内外亲睐。可见，NF 是制造饮用水/直饮水的最佳选择。,陶氏纳滤膜分类/选型/案例/业绩,陶氏纳滤膜分类,应用范围,NF-400

9、,脱盐率,主要去除杀虫剂,NF90-400 (硝酸盐、杀虫 剂、除草剂、铁),NF270-400 (地表水、TOC去 除、部分软化),NF200-400 (去除杀虫剂),水处理,非水处理,高,低,是,否,陶氏纳滤膜选型,判断标准 应用领域 水处理 水处理 水处理 非水处理 硬度脱除 高 中等 低 盐分脱除 高 中等 低 TOC脱除 高 高 高 高 进料TDS 高 中等 低,膜的选型,NF90,NF270,NF200,NF,陶氏纳滤膜案例*NF90,系统概况 地点：山东长岛南隍城 启动日期：1997年4月 膜类型：NF90-400 给水类型：海岛深井苦咸水,*注：该案例数据摘自水处理技术 ( 2

10、000 年 4 月第 2 期 ),陶氏纳滤膜案例NF90,系统设计及运行参数 系统容量：6 m3/h 系统排列：2:1 每个压力容器元件数：2 支 水温：16C 系统回收率：56 总脱盐率：82% 进水/产水电导：3503/660 us/cm 运行压力：7.5 Bar,NF90,NF90,NF90,NF90,NF90,NF90,陶氏纳滤膜案例NF90,系统预处理部分及纳滤部分流程图,深井水,预沉降,MMF,砂滤,精滤,NF90,贮水箱,絮凝剂,酸,阻垢剂,*,*注：多介质过滤器出口SDI可达到2.8。 符合NF90的进水要求。,陶氏纳滤膜案例NF90,离子的脱除效果,离子原水(mg/L)产品水

11、(mg/L) 脱除率% Na+330.1112.366% Ca2+4028.397.9% Mg2+94.01.696.3% HCO3-165.916.889.9% Cl-897.3147.583.6% SO42-368.26.398.3% NO3-82.738.553.4% SiO32-17.52.386.9% TDS*236533586% 总硬度 *1392.927.298%,注： * 实际的TDS在23655938.6mg/L的范围内波动。 * 以CaCO3计。实际的硬度在1392.92897mg/L的 范围内波动。,陶氏纳滤膜案例NF90,该系统的特点小节,1. NF90对硬度的去除率较

12、高(98%)，可实现膜软化。 2. NF90能很好适应TDS波动大的水质。 3. NF90能适应高硬度的水质。 4. 运行压力低(10Bar)，经济可行。 NF部分的实际电耗为1.43度电/m3淡水，制水成本约4.0度电/m3淡水。,陶氏纳滤膜案例NF270,简介 美国 Park 服务公司在全美共运营379套水处理系统。 其中，有4套依赖地表水源的系统位于Mead湖国家度假胜地。 元件类型：NF270-400,这些系统是从最初的砂滤升级为现在的MF+NF联合系统。,陶氏纳滤膜案例NF270,Overton Beach Marina, Overton, Nevada,微滤: USFilters

13、MEMCOR CMF 纳虑: 2 x 2 x 1 Array of 8-inch, 4-element vessels 系统容量：380 m3/d 饮用水,微滤和纳滤联合系统:,陶氏纳滤膜案例NF270,地表水源: Mead湖湖水 TDS： 570 ppm 导电度：880 s/cm 脱除率要求：,有机碳高脱除率以满足 EPA标准 钙和碱度低脱除率以防止腐蚀并维持口感。,40 CFR 141:64 “消毒副产品的最大污染物水平” 客户要求产品水至少达到 400 s/cm ( 250 ppm TDS),使用 FilmTec 纳滤膜之前 以前使用其他品牌产品时，为了提高产品水中的硬度，必须在NF产品

14、水中潺兑过量的MF产品水。,陶氏纳滤膜案例NF270,运行效果,FILMTEC NF270-400 纳滤元件提高了矿物质的透过率，从而免去了混合的需要，同时仍然保持了TOC的高脱除率。,1 总溶解固体 2 总有机碳 3 具体离子的脱除效果会因系统不同而变化，取决于给水组成。,运行1天后的产品水导电度为403s/cm。 运行3周后的产品水导电度为416s/cm。,陶氏纳滤膜案例NF270,能量效率提高,FILMTEC NF270-400 纳虑元件能量效率高。在低压下提供了高产水率。,启动3周后，在仅仅 50 psi (3.4Bar)给水压力下，产水量达到 380 m3/d。,陶氏纳滤膜案例NF2

15、70,该系统的特点小节,FILMTEC NF270-400 纳滤元件. 满足了客户控制电导度约为400s/cm的要求。 省去了混合MF产品水以提高成品水硬度的麻烦。 使 TOC 的脱除率 94%. 给水压力降低到 50 psi (3.4Bar). 在Mead湖地区新系统中，成为指定产品。,陶氏纳滤膜案例NF200,地点： 法国巴黎 Mery市 水源： 瓦兹河水(受农药污 染) 启动日期： 1999年9月 元件类型： NF200-400,陶氏纳滤膜案例NF200,系统参数： 系统容量：5840m3/h 水温：1-25C 运行压力：5-15Bar 系统回收率：85% 系统共分：8列 单列配置：10

16、8:54:28 每个容器元件数：6支 NF200-400 元件总数/压力容器总数：9120/1520支 设计通量：17.0 L/m2.h (10GFD),陶氏纳滤膜案例NF200,系统流程图,瓦兹河水,澄清池,MMF,低压泵,CF,高压泵,NF200,絮凝剂PAC,消毒剂O3,阻垢剂,产品水池,*,*,注：* 进水浊度 8-60NTU，水质季节性变化大。 *NF的进水要求SDI5 (浊度1NTU),陶氏纳滤膜案例NF200,1. 原水TOC高，浊度大，故产水通量控制不宜过高。 2. 产品水TOC0.18ppm。 3. 莠去津50 ppb，低于探测极限。 4. Ca： 40ppm。 5. 很好达

17、到去除有机物，保留有益矿物质的目的。,该案例的特点及效果：,陶氏纳滤膜业绩*,出力地点 启动 NF类型 (M3/H) Palm Beach County/ 1987NF706.6 Elementary School #17 Loxahatchee Groves, FL Palm Beach Park 1988NF7028of CommercePalm Beach, FL City of Sully Iowa1988NF7016,*注：该业绩按时间先后顺序排列。在NF应用的初始阶段，系统容量较 小；随着人们对NF应用的经验增加，系统容量不断增加，最终在法国巴 黎建成当今世界最大的NF系统(588

18、0m3/h)。,陶氏纳滤膜业绩,出力地点 启动 NF Type(M3/H) City of Wachula, FL1990NF70 71 Gulf Utilities- 1990NF70 79Corkscrew Plant Estero, FLExpanded1994NF90158Expanded1996NF90237 Palm Coast Utilities1992NF70315Palm Coast, FL,陶氏纳滤膜业绩,出力地点启动 NF Type(M3/H) City of Boynton 1993NF70631 Beach, FLExpanded1998NF701262 Villag

19、e of Royal Palm 1993NF70237 Beach, FL City of Miramar, FL1995NF70473 Volusia County1995NF9079Spruce Creek, FL,陶氏纳滤膜业绩,出力地点 启动 NF Type(M3/H) Galarza 1996NF70631 Almanzora PlantAlmeria, Spain Cooper City, FL1998NF90472 Indian River County1998NF90473Hobart Park, FL Mery City, France* 1999 NF200 5880,*注

20、：全球最大的纳滤(NF)项目。,纳滤膜处理系统设计/运行几点考虑,纳滤膜处理系统设计/运行几点考虑,预处理方案,方案一,方案二,方案三,在线混凝,MMF,MMF,CF,SDI4,CMF,CF,SDI3,在线混凝,MMF,GAC,CF,方案四,絮凝,澄清,MMF,CF,方案五,国产UF,CF,纳滤膜处理系统设计/运行几点考虑,消毒杀菌方案,1. 氧化性杀生剂 + 还原剂 Cl2/NaClO/O3/H2O2/其他+ NaHSO3/GAC 2. 非氧化性杀生剂 陶氏公司 DBNPA (50-170ppm, 3h/周) 贝迪公司 881(400ppm, 30min/周) 甲醛 (0.5-3.0%) 其

21、他兼容性药剂 3. 氧化性杀生剂 + 还原剂 + 非氧化性杀生剂,纳滤膜处理系统设计/运行几点考虑,阻垢方案,一个合理的阻垢方案必须建立在完整的水质分析之上。 垢的类型溶度积常数阻垢方案 阻垢剂经验极限* 碳酸钙垢8.7X10-9加酸/阻垢剂/软化*LSI2.5 硫酸钡垢1.08X10-10加阻垢剂IP50Ksp 硫酸钙垢6.1X10-5加阻垢剂IP2.0Ksp 氟化钙垢3.95X10-11加阻垢剂IP100Ksp 硫酸锶垢2.81X10-7加阻垢剂IP50Ksp 二氧化硅垢加阻垢剂,1.* 具体某种阻垢剂的极限请参考其供应商的资料。 2.* 加酸时，酸的类型和纯度都很重要。软化可能破坏水的口

22、感。,纳滤膜处理系统设计/运行几点考虑,设计技巧,1.完整的水质全分析 2.ROSA软件辅助设计 (可从网址www.F下载) 3.根据进水水质的好坏，选择合适的排列，使单支元件回收率、产水通量、给水流量、浓水流量不超过设计导则值。 4.纳滤系统运行压力极低，整个系统的通量分配怎么做到尽可能均匀一些，是一个值得重点关注的问题。 对大系统 浓水再循环/产品水背压/段间升压泵 可增加段数，减少每个压力容器的元件数。 对小系统 浓水再循环/产品水背压/段间升压泵 5.温度和压力对通量的显著影响,纳滤膜处理系统设计/运行几点考虑,清洗方案,及时清洗是至关重要的。 元件类型连续运行pH范围短时清洗pH范围

23、 NF903-101-12 NF2703-101-12 NF2003-101-12 NF3-101-11.5,最高温度35C30C 清洗pH范围1-111-12,最佳清洗 温度20-30C,标准清洗方案 1.简单酸洗(0.2%HCl)+简单碱洗(0.1%NaOH+0.1-1%EDTA) 2.严厉酸洗(浸泡1-12h)+严厉碱洗(浸泡1-12h),清洗pH值与温度的关系,陶氏NF与其他品牌纳滤膜的比较,1. 测试条件最严：含盐量最高，压力最低。 2. 在相同测试条件下，产水量最大。 3. 产品系列齐全：既能满足非水应用的需求，又能满足水处理应用的需求；既能满足高脱盐率的需求，也能满足中等脱盐率的

24、需求，还能满足低脱盐率高TOC去除率的需求。 4. 切割分子量(MWCO)最为典型(国内特种分离专家的评语)。 5. 产品一致性非常好。,陶氏纳滤膜相比于其他品牌的特点,NF的经济性考虑 - NF与RO运行电耗/电费的比较,泵效率：75 电费：0.07US$(0.58RMB) 给水类型：南方自来水/地表水(SDI= 35) TDS:307mg/L 水温：25C 元件类型：BW30-400/NF90-400 系统的结构：完全一样。即元件数目、PV数目、排列均相同，回收率等主要运行参数也相同。只有背压和循环流量根据必要性稍作调整，以使设计保持合理性。 产水量的分级产水量分为1、10、50、100m

25、3/h四个大小不同的等级。,比较的前提条件,NF的经济性考虑 - NF与RO运行电耗/电费的比较,产水量：1m3/h,系统参数,耗电参数,元件类型 电耗 电费 电费 Kwh/天 $/天 RMB/天 NF90-400 13.5 0.95 7.9 BW30-400 39.0 2.73 22.7,产水1m3/h时，NF比RO省电65。每 年按运行300天计，三年可省电费: 13320.0元/支元件。,NF省电效果,元件类型 系统 给水 第一段 第二段 系统 元件数 再循环 回收率 压力Bar 背压Bar 背压Bar 排列 /PV 流量m3/h NF90-400 23% 3.5 0 0 1 1 2.5

26、 BW30-400 23% 10.1 0 0 1 1 2.5,节省的钱足可买1支同样的纳虑元件,NF的经济性考虑 - NF与RO运行电耗/电费的比较,产水量：10m3/h,系统参数,耗电参数,元件类型 电耗 电费 电费 Kwh/天 $/天 RMB/天 NF90-400 73.0 5.11 42.4 BW30-400 164.9 11.54 95.8,产水10m3/h时，NF比RO省电58。每 年按运行300天计，三年可省电费: 4803.2元/支元件。,NF省电效果,元件类型 系统 给水 第一段 第二段 系统 元件数 再循环 回收率 压力Bar 背压Bar 背压Bar 排列 /PV 流量m3/h NF90-400 60% 4.9 1.0 0 2:2:1 2 5 BW30-400 60% 11.1 0 0 2:2:1 2 5,NF的经济性考虑 - NF与RO运行电耗/电费的比较,产水量：50m3/h,系统参数,耗电参数,元件类型