國產(chǎn)納濾膜脫除硝酸鹽的試驗(yàn)研究

劉佳豪,李永光,劉棟,陳凌沖,馬昕霞

(上海電力大學(xué) 能源與機(jī)械工程學(xué)院，上海 200090)

1 實(shí)驗(yàn)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(yù)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(jì);YTN-60耐震型壓力表。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)裝置圖見圖1。

圖1 納濾脫硝系統(tǒng)圖Fig.1 Nanofiltration denitration system diagram

采用D719卷式納濾膜，過濾方式為錯(cuò)流過濾，即納濾膜出水的一端不僅有產(chǎn)水，還會(huì)有濃水產(chǎn)生。通過恒溫水浴鍋、增壓泵和節(jié)流閥改變其水溫、壓力和通量。原水經(jīng)抽水泵送往預(yù)處理裝置，經(jīng)預(yù)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(jì)測(cè)定硝酸根離子濃度。控制其他條件不變，測(cè)試出壓力、溫度、鹽濃度、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)對(duì)納濾膜去除硝酸鹽的影響。

實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)納濾膜的產(chǎn)水、濃水的通量及截留率的計(jì)算公式如下：

產(chǎn)水通量J0=V0/(t·A)

(1)

式中J0——產(chǎn)水通量，L/(m2·h)；

V0——產(chǎn)水體積，L；

A——納濾膜有效面積，m2；

t——時(shí)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(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理員為其負(fù)責(zé)的設(shè)備設(shè)置基本信息和開放參數(shù)，如設(shè)備的功能描述、技術(shù)參數(shù)、開放時(shí)間、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)組人員、聯(lián)系方式等；校園師生或校外用戶查看儀器信息，預(yù)約實(shí)驗(yàn)，并登記實(shí)驗(yàn)機(jī)時(shí)、費(fèi)用、成果。其主要流程和功能模塊如圖1所示。

t——時(shí)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(chǎn)水含鹽濃度，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 壓力對(duì)國產(chǎn)納濾膜的性能影響

由圖2可知，(1)隨濃水流量的增大，產(chǎn)水流量逐漸增大但增長(zhǎng)速率逐漸減小，最后增長(zhǎng)至峰值保持穩(wěn)定，產(chǎn)水流量幾乎保持不變。這主要是由于濃水流量的增大，濃產(chǎn)水之間濃度差減小，削弱濃極差現(xiàn)象，促進(jìn)了納濾膜的截留性能;(2)壓力增加，產(chǎn)水流量也會(huì)隨之增大；且壓力越高，產(chǎn)水流量達(dá)到峰值時(shí)所對(duì)應(yīng)的濃水流量越大。這主要是由于壓力較小時(shí)，產(chǎn)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(xiàn)象的減弱很小，產(chǎn)水流量的增大并不明顯，最終使得低壓條件下，產(chǎn)水流量先達(dá)到峰值；壓力較大時(shí)，產(chǎn)水流量大，濃極差現(xiàn)象明顯，隨濃水流量的增大，濃極差現(xiàn)象減弱大，進(jìn)而促使產(chǎn)水流量增大，使得壓力較大的條件下，產(chǎn)水流量達(dá)到峰值所對(duì)應(yīng)的濃水流量大。

圖2 產(chǎn)水流量隨濃水流量的變化規(guī)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(guī)律Fig.3 Variation of rejection rate with concentrated water flow

2.2 溫度對(duì)國產(chǎn)納濾膜的性能影響

圖4 產(chǎn)水流量、濃水流量隨溫度的變化規(guī)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(guī)律Fig.5 Change law of rejection rate with temperature

2.3 離子濃度對(duì)國產(chǎn)納濾膜的性能影響

圖6 產(chǎn)水流量隨濃水流量的變化規(guī)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(guī)律Fig.7 Variation of rejection rate with concentrated water flow

2.4 運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)對(duì)國產(chǎn)納濾膜的性能影響

圖8 3 h內(nèi)，產(chǎn)水流量、濃水流量 隨運(yùn)行時(shí)間的變化規(guī)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(nèi)截留率隨運(yùn)行時(shí)間的變化規(guī)律Fig.9 Variation of retention rate with operation time in 3 h

圖10 3～72 h內(nèi)運(yùn)行時(shí)間對(duì)脫鹽性能的影響Fig.10 The effect of operation time on desalination performance within 3～72 h

3 結(jié)論

(1)隨壓力的增大，產(chǎn)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(shí)截留率和產(chǎn)水通量可達(dá)75.02%和153.7 L/(m2·h)。

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

(3)在國產(chǎn)納濾膜運(yùn)行過程中，濃水流量的增大，產(chǎn)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(chǎn)水不會(huì)發(fā)生顯著變化。

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

(5)納濾膜在使用之初會(huì)出現(xiàn)截留率和產(chǎn)水流量不穩(wěn)定的情況，因此納濾膜應(yīng)該首先通入去離子水,將納濾膜壓實(shí)，待納濾膜穩(wěn)定后再進(jìn)行使用。