摘要：采用纳滤膜对某市政自来水和另两种中、高硬度的配水进行了软化处理。结果表明，在操作压力为0.75 MPa，进料液温度为5～20℃，单支膜回收率为20%时的膜分离效果最佳。采用一级纳滤膜处理工艺可以满足中、低压锅炉所需软化水的水质要求，而采用二级纳滤膜处理工艺可以满足蒸汽锅炉所需软化水的水质要求。
关键字：纳滤膜 工作参数 中、低压锅炉 软化水 中图分类号：TU991.26
文献标识码：C
文章编号：1000-4602(2002)09-0045-02
1 试验方法
1.1 工艺流程
试验工艺流程：原水→活性炭柱→保安过滤器→泵→纳滤膜→出水。
其中活性炭柱用于吸附水中的余氯，保安过滤器用于进一步去除水中杂质以减轻纳滤膜负荷，纳滤膜采用美国OSMONICS的HL4040F型纳滤膜。
1.2 水质
试验水质见表1。
表1 试验水质
|
项 目 |
硬度(mgCaCO3/L) |
电导率(μS/cm) |
碱度(mgCaCO3/L) |
Ca2+(mg/L) |
Mg2+(mg/L) |
|
市政自来水 |
160.5 |
235 |
142.9 |
42.07 |
13.73 |
|
中硬度配水 |
309.5 |
390 |
252.5 |
79.70 |
26.89 |
|
高硬度配水 |
515.9 |
660 |
395.3 |
134.50 |
43.50 |
1.3 试验内容
通过对市政自来水的处理确定影响膜分离的因素和膜分离的最佳工作参数。通过对三种水样的处理确定不同中、低压锅炉所需的处理工艺流程。
2 结果与分析
2.1 影响膜分离的因素
① 操作压力
膜的脱盐率、脱硬度率、脱碱度率经过峰值0.75MPa后有所回落并趋于稳定(见图1)，这可以用溶解—扩散模型解释。虽然随着操作压力的增大膜的产水量也不断增大(见图2)，但在实际应用中为延长膜的使用寿命和降低能耗，操作压力不宜过大。
② 温度
温度与脱除率、膜通量的关系分别见图3、图4。
保持合理的料液温度对膜的脱除率有重要影响。根据溶解—扩散模型，温度升高则膜内的通道由于聚合物分子链段运动剧烈而变大，使溶剂更容易透过，从而引起膜通量的上升。同时，由于水是在氢键作用下以缔合体(cluster)形式存在的，而这种缔合体的大小取决于温度，提高料液温度后水的缔合体尺寸变小，使其容易在压力作用下透过膜而引起膜通量的上升；盐离子也是以水合物的形式存在的，温度的升高使水合离子的半径减小，这就增大了盐离子的透过率，从而引起截留率的下降。通过试验确定出最佳料液温度为5～20 ℃。
③ 回收率
对于每一支膜都希望有较高的回收率，这样在整个膜系统中可以提高系统的回收率，降低系统造价，但是过高的回收率又会降低膜的出水水质、增加膜的浓差极化度。通过试验确定出单支膜的最佳回收率为20%。
2.2 纳滤膜对水的软化效果
针对三种水样进行了纳滤膜软化水的效果试验，以确定其用于中、低压锅炉软化水的工艺流程。
① 热水锅炉所需软化水的制取
《中低压锅炉水质标准》(GB 1576—85)规定热水锅炉的补给水采用化学处理后其硬度应低于60 mgCaCO3/L。据此标准拟采用纳滤膜一级过滤对三种水进行处理，对出水水质进行了 分析(见表2)。
试验表明，采用一级纳滤膜过滤就可以满足热水锅炉补给水的水质要求，故确定的工艺流程见图5。
表2 一级纳滤膜软化效果
|
项 目 |
硬度(mgCaCO3/L) |
电导率(μS/cm) |
碱度(mgCaCO3/L) |
Ca2+(mg/L) |
Mg2+(mg/L) |
|
市政自来水 |
21 |
49 |
24 |
4.2 |
2.78 |
|
中硬度配水 |
34 |
70 |
42 |
7.2 |
3.89 |
|
高硬度配水 |
55 |
110 |
67 |
13 |
5.96 |
②蒸汽锅炉所需软化水的制取
《中低压锅炉水质标准》(GB 1576—85)规定蒸汽锅炉的补给水采用化学处理后其硬度应低于3mgCaCO3/L。此标准对水质要求比热水锅炉高，拟采用二级纳滤膜过滤对三种水样进行处理，对其所产水的水质进行了分析(见表3)。
表3 二级纳滤膜软化效果
|
项 目 |
硬度(mgCaCO3/L) |
电导率(μS/cm) |
碱度(mgCaCO3/L) |
Ca2+(mg/L) |
Mg2+(mg/L) |
|
市政自来水 |
1.0 |
15 |
2.0 |
0.56 |
0.09 |
|
中硬度配水 |
2.0 |
17 |
2.5 |
0.7 |
0.15 |
|
高硬度配水 |
2.8 |
21 |
5.0 |
0.82 |
0.92 |
采用二级纳滤膜过滤，出水水质可以满足蒸汽锅炉所需软化水水质标准，由此确定的工艺流程见图6。
综上所述，纳滤膜能有效地去除硬度，采用纳滤膜处理中、低压锅炉软化水在技术上是可行的。
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