国产纳滤膜脱除硝酸盐的试验研究
2021-02-21刘佳豪李永光刘栋陈凌冲马昕霞
刘佳豪,李永光,刘栋,陈凌冲,马昕霞
(上海电力大学 能源与机械工程学院，上海 200090)
1 实验部分
1.1 材料与仪器
D719卷式纳滤膜，购于碧水源公司,其有效膜面积为377 cm2;KLP01-E KBC 1微型隔膜泵;DP-130增压泵;预处理装置(保安过滤器、微滤膜、超滤膜)均购于麦克罗;HSW-24恒温水浴锅;PXSJ-216型离子计;YTN-60耐震型压力表。
1.2 实验方法
实验装置图见图1。
图1 纳滤脱硝系统图Fig.1 Nanofiltration denitration system diagram
采用D719卷式纳滤膜，过滤方式为错流过滤，即纳滤膜出水的一端不仅有产水，还会有浓水产生。通过恒温水浴锅、增压泵和节流阀改变其水温、压力和通量。原水经抽水泵送往预处理装置，经预处理后通过增压泵加压通往纳滤膜，在纳滤膜出水处取样，由雷磁离子计测定硝酸根离子浓度。控制其他条件不变，测试出压力、温度、盐浓度、运行时长对纳滤膜去除硝酸盐的影响。
实验过程中对纳滤膜的产水、浓水的通量及截留率的计算公式如下：
产水通量J0=V0/(t·A)
(1)
式中J0——产水通量，L/(m2·h)；
V0——产水体积，L；
A——纳滤膜有效面积，m2；
t——时间，h。
浓水通量J1=V1/t
(2)
式中J1——浓水通量，L/h；
V1——浓水体积，L；
实验室设备管理员为其负责的设备设置基本信息和开放参数，如设备的功能描述、技术参数、开放时间、收费标准、机组人员、联系方式等；校园师生或校外用户查看仪器信息，预约实验，并登记实验机时、费用、成果。其主要流程和功能模块如图1所示。
t——时间，h。
脱盐率R=(1-C1/C0)×100%
(3)
式中R——纳滤膜的截留率，%；
C0——原水含盐浓度，mg/L；
C1——产水含盐浓度，mg/L。
2 结果与讨论
2.1 压力对国产纳滤膜的性能影响
由图2可知，(1)随浓水流量的增大，产水流量逐渐增大但增长速率逐渐减小，最后增长至峰值保持稳定，产水流量几乎保持不变。这主要是由于浓水流量的增大，浓产水之间浓度差减小，削弱浓极差现象，促进了纳滤膜的截留性能;(2)压力增加，产水流量也会随之增大；且压力越高，产水流量达到峰值时所对应的浓水流量越大。这主要是由于压力较小时，产水流量较小，浓极差本就不大，而随浓水流量的增大，浓极差现象的减弱很小，产水流量的增大并不明显，最终使得低压条件下，产水流量先达到峰值；压力较大时，产水流量大，浓极差现象明显，随浓水流量的增大，浓极差现象减弱大，进而促使产水流量增大，使得压力较大的条件下，产水流量达到峰值所对应的浓水流量大。
图2 产水流量随浓水流量的变化规律Fig.2 Variation law of produced water flow with concentrated water flow
图3 截留率随浓水流量的变化规律Fig.3 Variation of rejection rate with concentrated water flow
2.2 温度对国产纳滤膜的性能影响
图4 产水流量、浓水流量随温度的变化规律Fig.4 Variation law of product water flow and concentrated water flow with temperature
图5 截留率随温度的变化规律Fig.5 Change law of rejection rate with temperature
2.3 离子浓度对国产纳滤膜的性能影响
图6 产水流量随浓水流量的变化规律Fig.6 Variation law of produced water flow with concentrated water flow
图7 截留率随浓水流量的变化规律Fig.7 Variation of rejection rate with concentrated water flow
2.4 运行时长对国产纳滤膜的性能影响
图8 3 h内，产水流量、浓水流量 随运行时间的变化规律Fig.8 The change law of product water flow and concentrated water flow with operating time within 3 h
图9 3 h内截留率随运行时间的变化规律Fig.9 Variation of retention rate with operation time in 3 h
图10 3～72 h内运行时间对脱盐性能的影响Fig.10 The effect of operation time on desalination performance within 3～72 h
3 结论
(1)随压力的增大，产水流量随之增大，硝酸根离子的截留率也随之增大。纳滤膜的最佳操作压力在0.7 MPa，此时截留率和产水通量可达75.02%和153.7 L/(m2·h)。
(2)进料硝酸根离子的浓度越高，产水流量与硝酸根离子的截留率越低。纳滤比较适用于低进料浓度的情况下，其进料浓度越低，纳滤膜的截留性能便会越好。
(3)在国产纳滤膜运行过程中，浓水流量的增大，产水流量与硝酸根离子的截留率随之增高，最佳的浓水流量为10～15 L/h，超过此范围,增大浓水流量，其截留率和产水不会发生显著变化。
(4)最佳进水温度为39.3 ℃，在此进水温度下，其截留率达到最高，为48.46%，产水流量达到78.0 L/(m2·h)。
(5)纳滤膜在使用之初会出现截留率和产水流量不稳定的情况，因此纳滤膜应该首先通入去离子水,将纳滤膜压实，待纳滤膜稳定后再进行使用。
