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纳滤膜设备

查看: 日期:2017-05-25 【字体:

纳滤膜(NF)——分离、脱盐、浓缩

纳滤是较晚出现的新型分子级分离技术,介于传统分离范围的超滤与反渗透之间(恰好填补了超滤与反渗透之间的空白),纳滤膜在渗透过程中截留率大于95%的最小分子约为1nm(非对称微孔膜平均孔径为2nm),故称为“纳滤”。与其它膜分离过程比较,纳滤的一个优点是能截留透过超滤膜的那部分小分子量的有机物,又能透析反渗透膜所截留的无机盐——也就是能使“浓缩”与脱盐同步进行。其次,在同等的外加压力下,纳滤的通量要比反渗透大得多;而在通量一定时,纳滤所需的压力则比反渗透的低得多。所以用纳滤代替反渗透时,“浓缩”过程可更有效、快速地进行,并达到较大的“浓缩”倍数。

一、 纳滤膜的基本性能
1. 纳滤(NF)膜介于反渗透(RO)膜与超滤(UF)膜之间,反渗透(RO)几乎对所 有的    溶质都有很高的脱盐率,但纳滤(NF)膜只对特定的溶质具有高脱盐率,如能透过一价离子的20%~80%,能脱除二价离子和多价离子90%~99%,当只需部分脱盐时,纳滤是一种代替反渗透的有效方法。

2. 纳滤(NF)膜主要去除直径为1mm左右溶质离子,截留分子量大约为200以上,排除  能力为90%~99%,在饮用水领域,主要用于脱除三卤甲烷中间体、异味、色度、合成药剂、可溶性有机物、Ca、Mg等硬度成分及蒸发残留物质。纳滤(NF)膜的一个很大的特征是膜本体带有不同的电荷,这是它在很低压力下仍具有较高脱盐性能和截 留分子量达数百的重要原因。

二、 纳滤膜的特点
1. 在分离过程中,它能截留水中的有机物,实现高分子量与低分子量(200~1000MW)的  有机物分离,并同时透析盐,即集浓缩与透析为一体。
2. 应用于水中的单价盐,不需高脱盐率,可实现不同价态离子的分离。
3. 由于无机盐能通过纳滤膜而透析,使得纳滤过程的反渗透压力远比反渗透过程的低可实现低压力操作,节约动力。

三、 纳滤膜设备(NF)的应用
1. 软化水处理
对于大多数溶解固体低于2000mg/l的水,纳滤膜可在70~100psi的压力下生产饮用水。而低压反渗透膜要在200psi下操作才能生产出较高质量的渗透水。
2. 饮用水有害物质的脱除
    传统的饮用水处理主要通过絮凝、沉降、砂滤和加氯消毒来去除水中的悬浊物和细菌, 而对各种溶解性化学物质的脱除作用很低。而纳滤膜由于本身的性能特点,可脱除河水及地下水中含有的三卤甲烷中间体THM(加氯消毒时的副产物为致癌物质)、低分子有机物、异味物质、硝酸盐、氟、硼、砷等有害物质,因此纳滤十分适于饮用水领域。
3. 中水、废水处理
4. 食品、饮料、制药行业领域中的应用。

a、 抗生素的纯化与浓缩

抗生素的相对分子质量多数在300——1200道尔顿之间。抗生素的生产过程为先将发酵 液澄清,用选择性溶剂萃取,在通过减压蒸馏得到抗生素产品。
采用纳滤膜技术可以从两方面改进工艺:
1)使用纳滤膜技术浓缩未经萃取的抗生素发酵液,除去水和无机盐,然后再用萃取剂萃取。这样可以大幅度提高设备的生产能力,大大减少了萃取剂的用量。
2)用溶剂萃取抗生素后,用耐溶剂纳滤膜浓缩萃取液,透过膜的萃取剂可以循环使用,这样既节省了蒸馏设备的投资,又改善了操作环境。

b、多肽的纯化与浓缩
多肽是由蛋白质水解或氨基酸合成制得的。通常是采用色谱柱或层析从有机溶液或水溶液中纯化多肽产品,然后进行蒸发浓缩,现在用纳滤技术代替蒸发,优点是可以低温操作、效率高、操作简便,在浓缩过程中同进也纯化了多肽。
c、果蔬汁的分离浓缩

传统的果汁分离采用超滤膜进行分离。因超滤膜能透过小分子的有机物和无机物,从而 丧失了果汁丰富的成份,降低了果汁原有的风味。而纳滤膜组件只透过水和无机盐,可以 保留果汁原有的风味。

d、氨基酸及多肽的脱盐及分离浓缩
利用纳滤的荷电性可对分子量相差无几的氨基酸进行分离,天门冬氨酸(133)、异白氨酸(131)、鸟氨酸(132)的分子量几乎相同,但等电点分别为pH2.8、5.9、9.7,相差较大。氨基酸在水溶液中达到等电点时,碱为负电荷,酸则为正电荷,在改变pH值时,就可以对氨基酸进行分离。大豆多肽等多肽物质在生产过程中需脱盐浓缩,纳滤可实现低能耗的工艺。

e、回收低聚糖
目前的大豆加工基本上是从原料中提取1/3的蛋白质,还有1/3的碳水化合物变成废渣低价处理,1/3的乳清蛋白和可溶性碳水化合物的混合物被视为废水白白排放掉,其资源利用率极低,综合效益很差,而且还造成严重污染。而食品和保健品中不少添加成分均来自乳清蛋白和低聚糖。
采用膜分离集成技术,对大豆蛋白生产过程中的乳清废水进行多级分离处理,在回收蛋白后再用纳滤来回收大豆低聚糖其纳滤的透过液经反渗透后的水为纯净水,大大提高了水的利用率并减少了污染排放。同时提取回收了其中具有较高经济价值的生物活性物质——大豆低聚糖,而最终的出水仍可回用于工艺用水,基本实现了零排放。

d、化纤印染工业染料的脱盐浓缩
染料加工过程排水中染料及助剂的去除和闭路循环。处理染料聚合浆液时,由于大多数染料的分子量在几百~几千。纳滤膜可允许一些无机盐或小分子染料分子通过,而对较大的分子截取,故粗染料浆液经纳滤膜系统后,染料浓度由原来的8%~10%,升高到33%~38%,无机盐浓度由原来的6%~8%下降至0.2%~0.5%,脱盐率大于98%,染料损失率小于0.1% 。此外纳滤法还用于纤维加工过程中含油排水的处理及回收再利用等。

f、重金属废水处理过程
在金属加工和电镀工业中清洗水和电渡液中常含有浓度较高的重金属离子,如Cu,Cd,Ni,Fe等,采用NF膜通常可使这些金属离子浓缩10倍,并能回收90%以上的废水,利用某些金属离子在一定氯离子浓度下可形成荷电和非荷电络合物的性质,用荷电NF膜可将它们分离开。  

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