國產納濾膜脫除硝酸鹽的試驗研究

劉佳豪,李永光,劉棟,陳凌沖,馬昕霞

(上海電力大學 能源與機械工程學院，上海 200090)

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

D719卷式納濾膜，購于碧水源公司,其有效膜面積為377 cm2;KLP01-E KBC 1微型隔膜泵;DP-130增壓泵;預處理裝置(保安過濾器、微濾膜、超濾膜)均購于麥克羅;HSW-24恒溫水浴鍋;PXSJ-216型離子計;YTN-60耐震型壓力表。

1.2 實驗方法

實驗裝置圖見圖1。

圖1 納濾脫硝系統圖Fig.1 Nanofiltration denitration system diagram

采用D719卷式納濾膜，過濾方式為錯流過濾，即納濾膜出水的一端不僅有產水，還會有濃水產生。通過恒溫水浴鍋、增壓泵和節流閥改變其水溫、壓力和通量。原水經抽水泵送往預處理裝置，經預處理后通過增壓泵加壓通往納濾膜，在納濾膜出水處取樣，由雷磁離子計測定硝酸根離子濃度。控制其他條件不變，測試出壓力、溫度、鹽濃度、運行時長對納濾膜去除硝酸鹽的影響。

實驗過程中對納濾膜的產水、濃水的通量及截留率的計算公式如下：

產水通量J0=V0/(t·A)

(1)

式中J0——產水通量，L/(m2·h)；

V0——產水體積，L；

A——納濾膜有效面積，m2；

t——時間，h。

濃水通量J1=V1/t

(2)

式中J1——濃水通量，L/h；

V1——濃水體積，L；

實驗室設備管理員為其負責的設備設置基本信息和開放參數，如設備的功能描述、技術參數、開放時間、收費標準、機組人員、聯系方式等；校園師生或校外用戶查看儀器信息，預約實驗，并登記實驗機時、費用、成果。其主要流程和功能模塊如圖1所示。

t——時間，h。

脫鹽率R=(1-C1/C0)×100%

(3)

式中R——納濾膜的截留率，%；

C0——原水含鹽濃度，mg/L；

C1——產水含鹽濃度，mg/L。

2 結果與討論

2.1 壓力對國產納濾膜的性能影響

由圖2可知，(1)隨濃水流量的增大，產水流量逐漸增大但增長速率逐漸減小，最后增長至峰值保持穩定，產水流量幾乎保持不變。這主要是由于濃水流量的增大，濃產水之間濃度差減小，削弱濃極差現象，促進了納濾膜的截留性能;(2)壓力增加，產水流量也會隨之增大；且壓力越高，產水流量達到峰值時所對應的濃水流量越大。這主要是由于壓力較小時，產水流量較小，濃極差本就不大，而隨濃水流量的增大，濃極差現象的減弱很小，產水流量的增大并不明顯，最終使得低壓條件下，產水流量先達到峰值；壓力較大時，產水流量大，濃極差現象明顯，隨濃水流量的增大，濃極差現象減弱大，進而促使產水流量增大，使得壓力較大的條件下，產水流量達到峰值所對應的濃水流量大。

圖2 產水流量隨濃水流量的變化規律Fig.2 Variation law of produced water flow with concentrated water flow

圖3 截留率隨濃水流量的變化規律Fig.3 Variation of rejection rate with concentrated water flow

2.2 溫度對國產納濾膜的性能影響

圖4 產水流量、濃水流量隨溫度的變化規律Fig.4 Variation law of product water flow and concentrated water flow with temperature

圖5 截留率隨溫度的變化規律Fig.5 Change law of rejection rate with temperature

2.3 離子濃度對國產納濾膜的性能影響

圖6 產水流量隨濃水流量的變化規律Fig.6 Variation law of produced water flow with concentrated water flow

圖7 截留率隨濃水流量的變化規律Fig.7 Variation of rejection rate with concentrated water flow

2.4 運行時長對國產納濾膜的性能影響

圖8 3 h內，產水流量、濃水流量 隨運行時間的變化規律Fig.8 The change law of product water flow and concentrated water flow with operating time within 3 h

圖9 3 h內截留率隨運行時間的變化規律Fig.9 Variation of retention rate with operation time in 3 h

圖10 3～72 h內運行時間對脫鹽性能的影響Fig.10 The effect of operation time on desalination performance within 3～72 h

3 結論

(1)隨壓力的增大，產水流量隨之增大，硝酸根離子的截留率也隨之增大。納濾膜的最佳操作壓力在0.7 MPa，此時截留率和產水通量可達75.02%和153.7 L/(m2·h)。

(2)進料硝酸根離子的濃度越高，產水流量與硝酸根離子的截留率越低。納濾比較適用于低進料濃度的情況下，其進料濃度越低，納濾膜的截留性能便會越好。

(3)在國產納濾膜運行過程中，濃水流量的增大，產水流量與硝酸根離子的截留率隨之增高，最佳的濃水流量為10～15 L/h，超過此范圍,增大濃水流量，其截留率和產水不會發生顯著變化。

(4)最佳進水溫度為39.3 ℃，在此進水溫度下，其截留率達到最高，為48.46%，產水流量達到78.0 L/(m2·h)。

(5)納濾膜在使用之初會出現截留率和產水流量不穩定的情況，因此納濾膜應該首先通入去離子水,將納濾膜壓實，待納濾膜穩定后再進行使用。