高硫酸根截留低钙截留纳滤膜用于海水或浓海水的分离处理

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纳滤膜对水溶液中的二价及高价离子有很好的截留效果,既可用于海水、浓海水中硬度的脱除,也可作为海水、浓海水和地下盐卤的精制手段,得到富含一价离子的精制盐水可用于纯碱和氯碱行业,纳滤已成为当今海水淡化及资源综合利用领域的重要技术手段。当普通纳滤膜用于海水或浓海水处理时,由于存在硫酸钙结垢问题产水回收率比较低,这造成了大量浓海水外排因而产生了环境问题和化学资源浪费。因此本文计划解决海水浓缩过程中的硫酸钙结垢问题,从而提高纳滤产水回收率,降低浓海水的排放量。
  本文侧重于应用过程的研究,目的是对浓海水中的硫酸根离子和钙离子进行有效“拆分”,以避免浓海水深度加工过程中遇到的硫酸钙结垢问题。通过使用高硫酸根截留、低钙离子截留的国产纳滤膜对海水和浓海水进行分离处理,研究了不同操作条件下国产纳滤膜和传统纳滤膜对硫酸根和钙离子分离性能的差异,分析了温度、压力、料液浓度、进料流量等操作参数对于纳滤膜通量、截留率、透过液回收率等性能参数的影响,确定最佳的操作参数范围,考察了纳滤膜的长期操作稳定性。
  研究结果表明,该种纳滤膜制作的小试膜组件用于处理海水时,在进料流量300L/h,压力3.0MPa,温度25℃时,对于钙离子、镁离子、硫酸根的截留率分别是58.82%、86.90%、97.03%。对比普通商用纳滤膜,钙离子的截留率降低了14.72%,镁离子和硫酸根的截留率基本保持不变,膜通量提高了23.94%。在海水纳滤过程中,该纳滤膜在回收率为80%时未出现结垢现象。在浓海水的纳滤过程中,该纳滤膜在回收率为80%时也未出现结垢现象,而普通纳滤膜开始结垢时的回收率为73.9%,该纳滤膜回收率比普通纳滤膜提高了至少8.3%。同时,该纳滤膜产生的透过液中镁离子、硫酸根含量均较低,可以作为反渗透进水,最大程度地回收淡水资源。纳滤透过液或进一步经过反渗透浓缩的纳滤透过液可以氯碱纯碱工业的化盐水使用。在地下盐卤纳滤中试实验中,透过液回收率为54.5%,比普通纳滤膜提高了7%,使用该纳滤膜制得的精制盐水用于纯碱生产,经济性大幅度提高。
  本研究对于海水淡化厂副产浓水减量化,浓海水或地下盐卤进一步深度加工利用提供了技术和数据支持,为该技术大规模工业化应用做出了探索和尝试。
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