膜过程课件纳滤(NF)
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反渗透和纳滤的的工艺过程设计ppt
截留的有机物和多价离子在浓水侧累积，需定期排放 或回收。
纳滤的设备选型
根据处理水量、水质和处理要求选择合适的纳滤膜型 号和规格。
选择合适的纳滤高压泵，满足系统压力和流量需求， 并确保泵的稳定性和可靠性。
选择高品质的纳滤膜组件，确保膜通量和分离效率高 、抗污染能力强。
考虑设备占地面积和安装方便性，选择合适的设备结 构和材质，以满足工艺流程设计要求。
纳滤膜具有高孔隙率和高透水性，且耐酸、碱、有机溶剂 ，对盐的分离效果较好，纳滤膜分离过程中无二次污染。
纳滤的工艺流程设计
原水进入纳滤系统前需进行预处理，去除悬浮物、硬 度、有机物等杂质，保护纳滤膜不受污染。
透过水透过纳滤膜进入产水罐，可直接使用或排放。
预处理后的原水进入纳滤高压泵，通过压力差推动水 分子透过纳滤膜，截留有机物和多价离子。
工业废水处理
针对工业废水中的不同污染物和有害物质，反渗透和纳 滤技术能够进行有效的分离和纯化，实现废水回收再利 用，降低工业废水对环境的污染。
海水淡化
面对全球水资源短缺的问题，海水淡化成为解决人类用 水需求的重要途径，反渗透和纳滤技术是海水淡化过程 中的关键技术之一。
反渗透和纳滤的发展趋势展望
拓展应用领域
反渗透和纳滤技术的应用领域不断拓展，未来将应用于更为广泛 的领域，如能源、化工、医药等。
绿色环保
在可持续发展成为全球共识的背景下，反渗透和纳滤技术的发展 将更加注重环保和节能，降低对环境的影响。
全球化发展
反渗透和纳滤技术将随着全球化的发展而不断推广和应用，促进全 球水资源的合理利用和保护。
THANKS
脱盐率高、产水品质高、运行压力高、膜 寿命长
纳滤优点
产水流量较高、浓水排放量小、需要高压 泵能量消耗较低
纳滤的设备选型
根据处理水量、水质和处理要求选择合适的纳滤膜型 号和规格。
选择合适的纳滤高压泵，满足系统压力和流量需求， 并确保泵的稳定性和可靠性。
选择高品质的纳滤膜组件，确保膜通量和分离效率高 、抗污染能力强。
考虑设备占地面积和安装方便性，选择合适的设备结 构和材质，以满足工艺流程设计要求。
纳滤膜具有高孔隙率和高透水性，且耐酸、碱、有机溶剂 ，对盐的分离效果较好，纳滤膜分离过程中无二次污染。
纳滤的工艺流程设计
原水进入纳滤系统前需进行预处理，去除悬浮物、硬 度、有机物等杂质，保护纳滤膜不受污染。
透过水透过纳滤膜进入产水罐，可直接使用或排放。
预处理后的原水进入纳滤高压泵，通过压力差推动水 分子透过纳滤膜，截留有机物和多价离子。
工业废水处理
针对工业废水中的不同污染物和有害物质，反渗透和纳 滤技术能够进行有效的分离和纯化，实现废水回收再利 用，降低工业废水对环境的污染。
海水淡化
面对全球水资源短缺的问题，海水淡化成为解决人类用 水需求的重要途径，反渗透和纳滤技术是海水淡化过程 中的关键技术之一。
反渗透和纳滤的发展趋势展望
拓展应用领域
反渗透和纳滤技术的应用领域不断拓展，未来将应用于更为广泛 的领域，如能源、化工、医药等。
绿色环保
在可持续发展成为全球共识的背景下，反渗透和纳滤技术的发展 将更加注重环保和节能，降低对环境的影响。
全球化发展
反渗透和纳滤技术将随着全球化的发展而不断推广和应用，促进全 球水资源的合理利用和保护。
THANKS
脱盐率高、产水品质高、运行压力高、膜 寿命长
纳滤优点
产水流量较高、浓水排放量小、需要高压 泵能量消耗较低
纳滤(NF)PPT课件
-
6
唐南平衡( Donnan equilibrium)
对于渗析平衡体系，若半透膜一侧的不能透过 膜的大分子或胶体粒子带电，则体系中本来能自由 透过膜的小离子在膜的两边的浓度不再相等，产生 了附加的渗透压，此即唐南效应或称唐南平衡。具 体地说：若一侧为NaCl溶液(下称溶液1)，其离子能 自由透过膜；另一侧为NaR溶液(下称溶液2)，其中 R-离子不能透过膜。在两溶液均为稀溶液时，可以 其离子活度视作离子浓度。于是在平衡时，
[Na+]1[Cl-]1 =[Na+]2[Cl-]2 。
-
7
因[Na+]1=[Cl-]1 ，[Na+]2=[R-]2+[Cl-]2， 于是 [Na+]1[Cl-]1 =[Cl-]12 ，
[Na+]2[Cl-]2 =([R-]2+[Cl-]2)[Cl-]2=[R-]2[C1-]2+[C1-]22 比较上述关系后可见：
开发
NF膜(疏松型RO膜))
NaCl截留率≤99% NTR-729HF、 NTR-7250 NTR-7400系、NF-45、 NF-70、NF-90、SU-200S SU-600
纳滤膜的发展过程
-
3
二. 纳滤膜的特点
它有两个显著特征：一个是其截留分子量介于RO和UF之 间，为200～2 000，因而推测NF的表面分离层可能有1nm 左右的微孔结构，即具有纳米级孔径；另一个是NF膜对无 机盐有一定的截留率，因为它的表面分离层由聚电解质所 构成（大多是复合型膜），对离子有静电相互作用。受膜 与离子间Donnan效应的影响，NF膜对不同价态的离子截 留能力不同。
空间电荷模型假设膜为有孔膜（毛细管通道），电
反渗透和纳滤工艺过程设计PPT课件
率。
m
lg
Qt Q0
lg t
式中，m为产水量下降斜率；t为运行时间，h；Q0和Qt分
别为运行初期和运行t小时后的产水量。
通常CA类膜m＝-0.03～-0.05，复合膜的m=-0.01～-
0.02。即CA类膜产水量年均下降10％左右，复合膜约为5
％左右。当然根据进料的不同也有一定的变化。
13
工艺过程设计－系统设计要求
CA膜
TFC膜
0.590
0.534
0.685
0.630
0.786
0.739
0.890
0.861
1.000
1.000
1.115
1.155
1.235
1.328
1.366
1.520
温度对膜的通量影响较大，在进行设计过程中要充分 考虑全年水温的变化。同时采取必要的措施（进出水换 热等）减少温度对系统产水效率的的影响。
1.3 膜和膜组件的选择 醋酸纤维素最早用于反渗透水处理工艺，具有价廉、耐游
离氯、耐污染的特点，多用于饮用水净化和污染密度指数 （SDI）较高的地方。
芳香族聚酰胺复合膜，通量高，脱盐率高，操作压力低， 耐生物降解，操作pH范围宽（2～11）不易水解，脱SiO2和 NO-3及有机物都较好，但不耐游离氯，易受到Fe、Al和阳离 子絮凝剂的污染，污染速度较快。
17
工艺过程设计－浓差极化
根据薄膜理论模型描述浓差极化现象，如下
图所示。
边界层
膜
Jw
c2 c1
c2
D dc dx
c1
c3
主体溶液
7
工艺过程设计－系统设计要求
1.2 产水水质和水量 根据用户的要求或者用户所处的行业，按照
第五章 纳滤讲解
2019/6/12
膜材料与膜过程
5.2.2 对不同价态的离子截留效果不同
对二价和高价离子的截留率明显高于单价离子。对阴离子的 截留率按下列顺序递增：NO3-、CI-、OH-、SO42-、CO32-； 对阳离子的截留率按下列顺序递增：H+、Na+、K+、Mg2+、 Ca2+、Cu2+。
5.2.3 对离子的截留受离子半径的影响
5.5纳滤膜商品及分类
自20世纪80年代以来，国际上相继开发了各种牌号的纳滤膜及其组件， 其中大部分纳滤膜为荷电或不荷电的薄层复合膜。表5-1是部分牌号的纳 滤膜及其性能。
根据复合纳滤膜超薄复合层的组成，复合纳滤膜可分为以下几类：
2019/ห้องสมุดไป่ตู้/12
膜材料与膜过程
表5-1 国外商品纳滤膜及其性能
2019/6/12
表5-4 NTR-7400纳滤膜性能
2019/6/12
SO2
O
n
SO3H
H2SO4 98%,ClSO3H SO2
25 C,4h
O n
膜材料与膜过程
5.5.4 混合型复合纳滤膜
该类纳滤膜主要有日本日东电工公司的NTR-7250膜，由聚乙烯醇和 聚哌嗪酰胺组成。美国Desalination公司开发的Desal-5膜亦属于此类， 其表面复合层由磺化聚（醚）砜和聚酰胺组成。：
纳滤膜的表层较超滤膜致密，故可以调节制膜工艺条件先制得较小孔 径的超滤膜，然后对该膜进行热处理、荷电化后处理，以使膜表面致密 化，从而得到具有纳米级表层孔的纳滤膜。 （2）反渗透膜转化法
纳滤膜的表层较反渗透膜疏松，可以在充分研究反渗透膜制膜工艺条 件的基础上，调整合适的有利于膜表面疏松化的工艺条件，如铸膜液中 添加剂的选择、各成分的比例及浓度等，使表层疏松化而制得纳滤膜。
超滤与纳滤PPT课件
效面积）。
溶质的截留率——可由原溶液和透过液浓度求出 Ra = 1-cp/cb (cb原液浓度，cp透过液浓度；mg/L)。
超滤膜选择性透过溶剂和小分子溶质，截留的大分子在膜 表面积累，浓度上升并以相反方向向料液扩散，达到平衡状 态时在膜表面形成一定的溶质层（凝胶层），阻碍溶剂等小 分子的跨膜行为，此现象成为浓差极化。
第34页/共95页
➢ 间歇错流
错流过滤
截留液全循环
第35页/共95页
截留液部分循环
错流过滤
➢ 连续错流
单段连续操作
第36页/共95页
多段连续操作
截留液
透 过 液
料液
平板式膜组件
第37页/共95页
膜 支撑板
隔板
内压式：膜涂在管内，料液由管内走； 外压式：膜涂在管外，料液由管外间隙走。
内压管式：
❖ （3）定时清洗，运行中的超滤系统根据膜被 污染的规律，可采用周期性的定时清洗。
第46页/共95页
第47页/共95页
第六节 超滤应用
❖ 特点
分离过程在常温和较低压力的条件下进行，能 耗低，不需加热，不需加药即可达到分离、浓缩、 分离、纯化分级的目的。
装置结构简单，占地面积小，附属设备少，易于 扩容和增加组件。
第16页/共95页
❖ 减轻浓差极化的方法
一类是在膜过程中，采取一定的操作策略，如搅拌、引入脉 动流、鼓泡、超声或使膜振动等。 另一类则是优化和改进膜组件及膜系统结构设计，如膜面处 剪切流速的提高,设置湍流促进器等等。
第17页/共95页
❖ 传质系数 ❖ 速率方程（膜透过速率） ❖ 微孔模型（伯谡叶方程可计算溶质截留率、扩散系数） ❖ 渗透压模型（超滤浓缩时考虑） ❖ 凝胶极化模型
溶质的截留率——可由原溶液和透过液浓度求出 Ra = 1-cp/cb (cb原液浓度，cp透过液浓度；mg/L)。
超滤膜选择性透过溶剂和小分子溶质，截留的大分子在膜 表面积累，浓度上升并以相反方向向料液扩散，达到平衡状 态时在膜表面形成一定的溶质层（凝胶层），阻碍溶剂等小 分子的跨膜行为，此现象成为浓差极化。
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➢ 间歇错流
错流过滤
截留液全循环
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截留液部分循环
错流过滤
➢ 连续错流
单段连续操作
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多段连续操作
截留液
透 过 液
料液
平板式膜组件
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膜 支撑板
隔板
内压式：膜涂在管内，料液由管内走； 外压式：膜涂在管外，料液由管外间隙走。
内压管式：
❖ （3）定时清洗，运行中的超滤系统根据膜被 污染的规律，可采用周期性的定时清洗。
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第六节 超滤应用
❖ 特点
分离过程在常温和较低压力的条件下进行，能 耗低，不需加热，不需加药即可达到分离、浓缩、 分离、纯化分级的目的。
装置结构简单，占地面积小，附属设备少，易于 扩容和增加组件。
第16页/共95页
❖ 减轻浓差极化的方法
一类是在膜过程中，采取一定的操作策略，如搅拌、引入脉 动流、鼓泡、超声或使膜振动等。 另一类则是优化和改进膜组件及膜系统结构设计，如膜面处 剪切流速的提高,设置湍流促进器等等。
第17页/共95页
❖ 传质系数 ❖ 速率方程（膜透过速率） ❖ 微孔模型（伯谡叶方程可计算溶质截留率、扩散系数） ❖ 渗透压模型（超滤浓缩时考虑） ❖ 凝胶极化模型
3-课件反渗透钠滤
3
由于渗透膜是只允许小分子(或小部分离子)通过.如 果渗透膜两边的小分子浓度不同,渗透膜两边将产生位 能差异.较稀溶液拥有较高位能(1), 而较浓溶液拥有 较低位能(2).水分子便由高位能侧向低位能侧迁移直 至位能达到平衡.即 rh
= (1 - 2)
1 =较稀溶液的位能
2 =较浓溶液的位能
38
39
40
41
42
反渗透的应用
1.海水脱盐 2.苦咸水淡化 3.超纯水的生产 4.锅炉用水 5.工业水处理 6.产品浓缩 7.其他用途
43
膜技术应用
——纳 滤
44
概
述
纳滤又称为低压反渗透，是为了适应工业软 化水的需求及降低成本而发展起来的膜技术。
膜孔径在1nm左右
12
13
模拟反渗透机
Cavg
进水
浓水
高压泵 反渗透膜分离层 反渗透膜支撑层
淡水
14
反渗透示意图
给水
H2O H2O H2O
Na
+
SO4
H2O Ca
++ ++ Mg
Fe
++
HCO3
H2O H2O
Cl
H2O
H2O
浓水
H2O H2O
膜
产水
15
反渗透膜对无机盐的作用
1. 依靠荷点排斥性
一般纯水膜表面都带荷电,同时不同离子带有不同电荷, 反渗透膜会对各种离子产生荷电排斥性. 2. 依靠膜孔的筛选性
软化器特点: 阳离子树脂交换床 Na+ 交换 Mg2+ & Ca2+ 树脂的交换能力一般为20K 格令硬度/立方英尺树脂. 桶体尺寸由被处理水的硬度和要求的交换能力来决定. 一般采用普通阀门或多路控制阀来控制.
由于渗透膜是只允许小分子(或小部分离子)通过.如 果渗透膜两边的小分子浓度不同,渗透膜两边将产生位 能差异.较稀溶液拥有较高位能(1), 而较浓溶液拥有 较低位能(2).水分子便由高位能侧向低位能侧迁移直 至位能达到平衡.即 rh
= (1 - 2)
1 =较稀溶液的位能
2 =较浓溶液的位能
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反渗透的应用
1.海水脱盐 2.苦咸水淡化 3.超纯水的生产 4.锅炉用水 5.工业水处理 6.产品浓缩 7.其他用途
43
膜技术应用
——纳 滤
44
概
述
纳滤又称为低压反渗透，是为了适应工业软 化水的需求及降低成本而发展起来的膜技术。
膜孔径在1nm左右
12
13
模拟反渗透机
Cavg
进水
浓水
高压泵 反渗透膜分离层 反渗透膜支撑层
淡水
14
反渗透示意图
给水
H2O H2O H2O
Na
+
SO4
H2O Ca
++ ++ Mg
Fe
++
HCO3
H2O H2O
Cl
H2O
H2O
浓水
H2O H2O
膜
产水
15
反渗透膜对无机盐的作用
1. 依靠荷点排斥性
一般纯水膜表面都带荷电,同时不同离子带有不同电荷, 反渗透膜会对各种离子产生荷电排斥性. 2. 依靠膜孔的筛选性
软化器特点: 阳离子树脂交换床 Na+ 交换 Mg2+ & Ca2+ 树脂的交换能力一般为20K 格令硬度/立方英尺树脂. 桶体尺寸由被处理水的硬度和要求的交换能力来决定. 一般采用普通阀门或多路控制阀来控制.
纳滤
2
1995年 开发
低压高截留率RO膜
NaCl截留率 ≥99%
NF膜(疏松型RO膜))
NaCl截留率 ≤99%
1996年 开发
超低压 RO膜
纳滤膜的发展过程
Nanofiltration membranes
Nanofiltration membranes
3
微滤（MF） 超滤（UF） 纳滤（NF） 反渗透（RO）
O N N C O C
n
3、磺化聚（醚）砜类复合NF膜 如Nitto Denko(日东电工，日本 )公司的NTR-7400 系列NF膜。
8
Nanofiltration membranes
Nanofiltration membranes
Nanofiltration membranes
9
1
非平衡热力学的研究是对唯象理论的研究，它可用于描绘 一个体系同时伴生（或称耦合）两个或几个过程，也即体 系中有几个“物流”和几个相应的共轭力。膜渗透作用正 是如此。 膜可以划成很多薄层来考虑，正如非平衡热力学假定，体 系划分为很多小体积元，则每个体积元都可作为平衡体系 加以处理，并定义出热力学函数，称为 局部平衡原理 ，这 是非平衡热力学中的连续性体系部分。非平衡体系中，相 邻的体积元之间并不达到平衡，可有能量和物质的流动， 这是非平衡热力学中的不连续体系部分。这种自发的变化 是不可逆过程，故非平衡热力学又称不可逆过程热力学。 如果不受外力作用，则体系的熵增加，而自由能减少。表 示自由能减少速率的耗散函数，可用膜渗透过程中流率与 共轭力来表达，因此建立于非平衡热力学基础上的传递模 型研究应用于膜分离过程较令人关注。
醋酸纤维素
-RO膜的开发
RO复合膜的开发 （1972年NS-100）
1995年 开发
低压高截留率RO膜
NaCl截留率 ≥99%
NF膜(疏松型RO膜))
NaCl截留率 ≤99%
1996年 开发
超低压 RO膜
纳滤膜的发展过程
Nanofiltration membranes
Nanofiltration membranes
3
微滤（MF） 超滤（UF） 纳滤（NF） 反渗透（RO）
O N N C O C
n
3、磺化聚（醚）砜类复合NF膜 如Nitto Denko(日东电工，日本 )公司的NTR-7400 系列NF膜。
8
Nanofiltration membranes
Nanofiltration membranes
Nanofiltration membranes
9
1
非平衡热力学的研究是对唯象理论的研究，它可用于描绘 一个体系同时伴生（或称耦合）两个或几个过程，也即体 系中有几个“物流”和几个相应的共轭力。膜渗透作用正 是如此。 膜可以划成很多薄层来考虑，正如非平衡热力学假定，体 系划分为很多小体积元，则每个体积元都可作为平衡体系 加以处理，并定义出热力学函数，称为 局部平衡原理 ，这 是非平衡热力学中的连续性体系部分。非平衡体系中，相 邻的体积元之间并不达到平衡，可有能量和物质的流动， 这是非平衡热力学中的不连续体系部分。这种自发的变化 是不可逆过程，故非平衡热力学又称不可逆过程热力学。 如果不受外力作用，则体系的熵增加，而自由能减少。表 示自由能减少速率的耗散函数，可用膜渗透过程中流率与 共轭力来表达，因此建立于非平衡热力学基础上的传递模 型研究应用于膜分离过程较令人关注。
醋酸纤维素
-RO膜的开发
RO复合膜的开发 （1972年NS-100）
纳滤课件
• 2、果汁的高浓度浓缩 • 果汁的浓缩传统上是用蒸馏法或冷冻法浓 缩，不仅耗能大，且导致果汁风味和芳香 成分的散失。采用单一的反渗透法，由于 渗透压的限制，很难以单纯方式把果汁浓 缩到较高的浓度。A.VERSARI等将两级纳 滤应用于葡萄汁的浓缩，以提高其中糖分， 透过液中的糖被浓缩至77%~97%，果酸和 酒石酸的含量较低。Nabetanc考虑用反渗 透膜和纳滤膜串联起来进行果汁的浓缩， 反渗透膜和纳滤膜的操作压力均为7MPa是， 能得到渗透压力为1~2MPa、浓度为40%的 浓缩液，所需的能耗仅为通常蒸馏法的1/8 或冷冻法的1/5。
• 5、在制茶工业中的应用 • 肖文军等在中试规模的基础上，以多种茶叶深加 工浓缩前的料液为原料，系统研究了300Da纳滤、 200Da纳滤、反渗透、真空蒸发等浓缩方法对不 同制品的浓缩效应。结果表明，在加工速溶绿茶 时，采用300Da膜进行浓缩的功效较高，收率达 98.86%；在去苦味速溶茶、茶黄素、没食子儿茶 素和没食子酸酯高淳制品加工中，纳滤浓缩、反 渗透浓缩能提高目标产品中相应功能成分的纯度， 并依反渗透、200Da纳滤、300Da纳滤次序效果 递增，同时，4种方法对功能成分的损失率差异不 显著，故采用300Da纳滤浓缩较好；对产品重金 属含量的影响上，纳滤浓缩能显著降低产品中Pb 与As的含量。
• 纳滤膜是除去二价离子、有机物、色度、 细菌及病毒的理想选择，特别适合与反渗 透、超滤组合使用，作为它们的前处理或 后处理方法。 • 目前，我国纳滤膜还处于中试研究阶段， 从技术水平和应用方面来说都刚刚起步。 相关纳滤膜的研究单位有：杭州北斗星膜 制品有限公司、上海原子核所膜分离中心、 天津膜天膜工程技术有限公司等。
第二章 纳滤
• 第一节 概述 • 第二节 膜材料及膜的制备 • 第三节 纳滤膜的应用研究
纳滤
膜传递过程的推动力及一般表述
• 过滤混合物中的渗透组分在某种或某几种推动力的作用下
从高位相向低位相传递，传递过程中推动力的大小与两相 之间的位差（位梯度）有关： 作用在膜两侧的平均推动力=位差（ΔG）/膜厚(Δδ) 压力差（Δp）、浓度差（Δc）、 温度差（ΔT）、电位差（ΔE）等
化学位
• 大多数膜的传递过程都是由化学位差Δμ引起的，其中电渗
0 不
细菌 通量范围/ （L*m-2*h-1）
完全
0.05-1.4
完全
1.4-12
较完全
10-50
部分
>50
纳滤工艺过程示意图
给水含
:
浓水
单价盐分 二价盐分
NF膜 纳滤特点：
对离子的选择性透过 孔径与反渗透接近 运行压力比反渗透低 既可用于纯化，又可用于分离和浓缩
渗透产品水
NF－制造饮用水的最佳选择
析及有关的膜分离过程存在电位差（此处略） μi=μi0+RT㏑bi+Vmip μi---混合物种组分i的化学位 μi0---纯组分的化学位，常数 bi---组分i的活度 Vmi---组分i的摩尔体积 p---压力 化学位差则为：Δμi=RT㏑bi+VmiΔp
纳滤—溶液渗透压
• 纳滤是借助于半透膜对溶液中低相对分子质量的截留作用，
自来水 地表水 井水 中水 RO 纯净水 喔噻! 真好喝 NF 直饮水 高纯水
唉! 寡淡无味
分析：由纳滤NF制得的直饮水，因其口感好，富含 人体所需的营养元素而倍受国内外亲睐。可见，NF 是制造饮用水/直饮水的最佳选择。
谢谢观赏
以高于溶液渗透压的压差为推动力，使溶剂渗透透过半透 膜。
氢键机理
反渗透和纳滤的的工艺过程设计ppt
工艺适用性分析
• 反渗透（RO） • 饮用水制备：由于其高效脱盐和净化能力，被广泛应用于饮用水制备。 • 海水淡化：通过反渗透技术，能够有效地淡化海水。 • 工业废水处理：对于含盐量较高的工业废水，反渗透技术可以有效地降低盐度。 • 纳滤（NF） • 液体分离：纳滤膜对不同分子量物质具有不同的透过性，可用于分离液体混合物。 • 浓缩：纳滤技术可用于对溶液进行浓缩，尤其是对于那些不能承受高温蒸馏的液体。 • 制药工业：在制药工业中，纳滤技术用于制备高纯度的水或溶剂。
[2] 王五, 赵六. 膜分离技术在污水处 理与回用中的研究与应用. 上海: 上海 科学技术出版社, 2010.
[3] 刘七, 马八. 反渗透和纳滤膜技术 制备饮用水的研究进展. 环境污染与 防治, 2012, 34(1): 39-45.
THANKS
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设计过程中需对预处理、反渗透装置、加压泵 、管道、阀门等设备进行合理配置和选型。
同时，系统设计还需考虑自动化控制和远程监 控，以确保系统的稳定运行和降低维护成本。
03
纳滤工艺过程
纳滤基本原理
纳滤是一种介于超滤和反渗透之间的膜分离技术， 适用于分离分子量范围为100-1000Da的物质。
纳滤膜具有较高的孔隙率和相对较低的渗透压，使 得它能够在较低的操作压力下实现高分子量的物质
工艺优化建议
• 反渗透（RO） • 定期检查和维护：应定期检查膜组件的压差和清洁度，及时更换受损的膜组件。 • 控制进水的污染指数：进水的水质直接影响到反渗透系统的性能，因此要严格控制进水的水质。 • 优化清洗方案：根据实际运行情况，制定合理的化学清洗方案，以恢复膜通量和性能。 • 纳滤（NF） • 膜组件的优化：针对不同的应用场合，开发具有更高透过性能和截留能力的纳滤膜组件。 • 提高膜的稳定性：通过改进膜材料和制造工艺，提高纳滤膜的稳定性，使其能够在更宽泛的温度和压力范
纳滤(NF)――饮用水深度处理新技术.
纳滤（NF）——饮用水深度处理新技术微滤（MF）和超滤（UF）因不能脱除各种低分子物质，故单独使用时不能称之为深度处理，而纳滤膜的平均脱盐率在 70% 左右，既能脱除水中的异味、色度、农药、合成洗涤剂、三卤甲烷中间体(THM)(加氯消毒时的副产物，为致癌物质）可溶性有机污染物、低分子有机物等有害物质、以及细菌、病毒等有害微生物，又可以保留一部分（约30%）人体所需的元素物质。
纳滤优质净水装置工艺流程源水→多介质过滤器→活性炭过滤器→精过滤器→高压泵→NF膜机组→净水箱→紫外杀菌器或臭氧杀菌器→自动灌装机工艺说明多介质过滤器：采用无烟煤，石英砂作为过滤介质，去除水中的固体悬浮物、胶体物质及铁锰氧化物。
活性炭过滤器：采用净水专用果壳活性炭，去除水中的有机物、色度、异味、余氯，并使余氯低于0.1mg/L。
精过滤：采用5μm的PP熔喷滤器，去除水中的微粒，使原水水质达到纳滤膜的进水要求。
纳滤装置采用进口NF 膜，去除水中的病毒细菌等有害微生物、硝酸盐、农药、合成洗涤剂、三卤甲烷中间体 THM可溶性有机染物，低分子有机物等有害物质，而又保留一部分(约30%)人体需要的元素物质。
系统参数型号产水量进水量回收率电机功率（KW）占地面积（m×m）JNN-250 250 950 26% 1.5 4.0×1.5JNN-500 500 1200 42% 2.0 4.0×1.5JNN-750 750 1450 52% 2.0 4.0×2.0JNN-1000 1000 1700 60% 3.0 5.0×2.0JNN-1500 1500 2500 60% 3.0 7.0×2.5JNN-2000 2000 3400 60% 4.0 8.0×2.5设备规格型号多介质过滤器活性炭过滤器精过滤器 NF膜管道杀菌器JNN-250 φ200φ200 M-2043×2 1支 30WJNN-500 φ250φ250 M-2043×2 2支 30WJNN-750 φ300φ300 M-2043×3 3支 30WJNN-1000 φ350φ350 M-2043×3 4支 30WJNN-1500 φ500φ500φ300 6支 60WJNN-2000 φ600φ600φ300 8支 60W注:产水量2m3/h以上的系统单独定向设计。
纳滤膜技术课件
对于非极性的、憎水性的有机 物会浓缩在膜表面上；其次，高分 子有机物的浓差极化也有利于它们 吸附在膜表面上；再次，水中钙离 子等与有机物官能团相互作用，会 改变这些有机物分子的憎水性和扩 散性。
3. 微生物污染 第一阶段，腐殖质、聚糖脂与其它微
生物的代谢产物等大分子物质的吸附 过程，导致在膜表面形成一层具备微 生物生存条件的膜； 第二阶段，进水的微生物体系中粘 附速度快的细胞形成初期粘附过程； 第三阶段，在粘附后期，后续大量 不同菌种的粘附、胞外聚合物与生物 膜的早期发展，形成了微生物的群集 和生长；
③截留相对分子质量在200~1000之间， 适用于分子大小为1nm的溶解组分的分 离。
几种类别膜及透过特性：
传质机理及模型
传质机理：纳滤与超滤、反渗透均是以 压力差为推动力的膜过程，但它们的传 质机理有所不同。超滤膜主要为孔流形 式（筛分效应）；反渗透为溶解~扩散过 程（静电效应）；而纳滤介于它们两者 之间，对无机盐的分离行为不仅受化学 势控制，同时也受电势梯度的影响。
溶剂透过通量
溶质透过通量：
Jv = Lp(△ σ△ π) d c Js = - (P△ x) dx + (1-σ)Jvc
溶质透过通量 膜的截留率 截留率：
R= 1
cp σ(1-F) = cm 1-Fσ
2、电荷模型
又可分为空间电荷模型和固定电荷模型 • 固定电荷模型假定膜是均质无孔的，在 膜中的固定电荷分布是均匀的，它不考 虑孔径等结构参数，认为离子浓度和电 势在传质方向上具有一定的梯度。该模 型首先用于离子交换膜，随后用来表征 荷电型RO和NF膜的截留特性和膜电位。
4、制药业中的应用
纳滤技术目前 在医药方面的应用主要集中在生化试剂 生产上。生化试剂多具有热敏性，在加 工过程中易受热而被破坏。采用NF技术 对生化试剂进行提纯与浓缩，不仅可降 低有机溶剂及水的消耗量，而且可将微 量的有机污染物和低分子盐分除去，最 终达到节能降耗，提高产品质量的效果。
膜过程课件纳滤(NF)
纳滤膜的分离原理
• 纳滤膜处于超滤和反渗透两者之间，且大部 分为荷电膜，其对无机盐的分离行为不仅由 化学势梯度控制，同时也受电势梯度的影响， 即纳滤膜的行为与其荷电性能，以及溶质荷 电状态相互作用都有关系。其传质机理根据 分离对象的不同，主要有以下两种类型。
• 1．纳滤膜分离非电解溶液时的传质模型 • 2．纳滤膜分离电解质溶液时的传质模型
影响纳滤膜分离性能的因素 • 操作条件：提高压力和料液流速，可以提高膜的
水通量和脱盐率；提高料液回收率，则降低膜的 水通量和脱盐率。 • 物料性质：包括料液中中性物质的分子质量、离 子的浓度、半径和电价、PH等。在纳滤膜分子质 量以下，分子质量越小，其截留率越低；提高离 子的浓度会降低水通量和脱盐率；而离子半径增 大或电价提高有利于提高其截留率，对于其荷电 性受PH影响的物质，PH变化会改变其截留率的 变化，可通过调节PH而提高其截留率。 • 膜组件型式的影响：在其他条件一定时，因膜组 件形式的不同会导致分离膜性能较大差别，通过 优化膜组件形式和操作条件，纳滤膜的性能可大 幅度地提高。
• (5)按膜的功能和作用分 纳滤膜属渗透膜范畴， 渗透压在膜的传递过程中起重大作用。
• (6)按膜的使用和用途分 膜可分为低压膜、超 低压膜等，纳滤膜属于低压膜。
• (7)按膜的外形分 纳滤膜可制成膜片、管状膜 和中空纤维膜形状。商用的纳滤膜组件多为卷式， 另外还有管式和中空纤维式。
纳滤膜的制备方法
• 纳滤可以直接用于地下水、地表水和废水的软化，还可以 作为反渗透(Reverse osmosis，RO)、太阳能光伏脱盐装 置(Photovoltaic—powered desalination system)等的 预处理.
纳滤膜在优质饮用水生产中的应用
纳滤技术的最新工业应用实例及工业发展前景概述(PPT 58页)
2
NF的定义及特点
2 定义及特点
2.1 NF的定义
纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程， 纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右。
纳滤（NF）用于将相对分子质量较小的物质，如无机盐或 葡萄糖、蔗糖等小分子有机物从溶剂中分离出来。纳滤又 称为低压反渗透，是膜分离技术的一种新兴领域，其分离 性能介于反渗透和超滤之间，允许一些无机盐和某些溶剂 透过膜，从而达到分离的效果。
1 发展历程
1.3 NF技术发展过程
CA-RO膜的开发
RO复合膜的开发 （1972年NS-100）
1995年 开发
低压高截留率RO膜
NaCl截留率≥99% NTR-759H、 BW-30(即FT-30)、 SU-700
1996年 开发
超低压RO膜
NF膜(疏松型RO膜))
NaCl截留率≤99% NTR-729HF、 NTR-7250 NTR-7400系、NF-45、 NF-70、NF-90、SU-200S SU-600
管式NF膜系统
螺旋卷式NF膜系统
4 制备与装置
4.2 NF膜的装置
5
NF的应用与工程实例
5 应用与工程实例
5.1 NF的应用
食品加工
医药
1
2
3
4
水处理
染料工业石ຫໍສະໝຸດ 工业56废水
5 应用与工程实例
5.1 NF的应用 5.1.1 在水处理中的应用
膜法软化水是NF膜的最重要的工业应用之一。NF膜一般可用于去除Ca2+、 Mg2+等硬度成分、三卤甲烷中间体（致癌物的一种前驱物）、异味、色度、农药、 可溶性有机物及蒸发残留物质，并在低压下实现水的软化及脱盐。
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1. 转化法 转化法又分为超滤膜转化法和反渗透膜转化法。 • 超滤膜转化法 纳滤膜的表层比超滤膜致密，故可以调 节制膜工艺条件先制得较小孔径的超滤膜， 然后对该膜进行热处理、荷电化后处理，使 膜表面致密化，从而得到具有纳米级表层孔 的纳滤膜。（相转化） • 反渗透膜转化法 纳滤膜的表层较反渗透膜疏松，可以在 反渗透膜制备工艺的基础上，调整合适的工 艺条件制备疏松化的反渗透膜。（界面聚合）
• (5) 按膜的功能和作用分 纳滤膜属渗透膜范畴， 渗透压在膜的传递过程中起重大作用。 • (6) 按膜的使用和用途分 膜可分为低压膜、超 低压膜等，纳滤膜属于低压膜。 • (7)按膜的外形分 纳滤膜可制成膜片、管状膜 和中空纤维膜形状。商用的纳滤膜组件多为卷式， 另外还有管式和中空纤维式。
纳滤膜的制备方法
低压力下仍具有较高脱盐性能的重要原因。
Donnan平衡理论 将带荷电基团的膜置于含盐溶剂中时，溶液中的反离子 （所带电荷与膜内固定电荷相反的离子）在膜内浓度大 于其在主体溶液中的浓度，而同名离子在膜内的浓度则 低于其在主体溶液中的浓度。这种行为阻止了同名离子 从主体溶液向膜内的扩散，为了保持电中性，反离子也 被膜截留。大多数荷电反渗透膜中荷电基团为带负电子 的磺酸根及羧酸根。
微孔超滤膜。
• 纳滤膜与电解质离子间的静电作用是膜截流 盐的主要影响因素，而膜对中性不带电物质 的分离则是膜微孔的分子筛网效应。 • 由于纳滤膜这种独特的分离性能，确定了它 在水质软化处理中的地位。此外，纳滤膜能 有效去除许多中等分子量溶质，例如某些色 素、残留农药、消毒副产物等。
纳滤膜的分类
• 基于不同的出发点，纳滤膜的分类有许多方法。 • (1) 按膜的材料分 纳滤膜有醋酸纤维素及其衍 生物膜、芳香族聚酰胺膜、磺化聚砜 (SPS) 、磺 化聚醚砜(SPES)等。 • (2)按膜的结构特点分 纳滤膜有一体化的非对称 膜和复合膜，如溶液相转化的CA膜属非对称膜之 列，其表皮层致密，皮下层比较疏松。通用的复 合膜大多是用聚砜多孔支撑膜制成，而表层致密 的芳香族聚酰胺薄层是以界面聚合法形成的。
纳滤的发展
纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的需
求及降低成本的经济性而不断发展的新膜品种，以 适应在较低操作压力下运行，进而实现降低成本演 变发展而来的。
膜组器于80年代中期商品化。纳滤膜大多从反渗
透膜衍化而来。
纳滤和反渗透的截留特性比较
溶
质
RO
>98％ >99％ >99％ >90％ 0~90％
具有离子选择性，能透过一价无机 盐，有效截留二价及高价离子，渗透压远比反 渗透低，故操作压力很低。达到同样的渗透通 量所必需施加的压差比用RO膜低0.5～1 MPa，
因此纳滤又被称作“低压反渗透”或 “疏松反渗透”。
纳滤的特点
纳滤膜对无机盐有一定的截 留率，因为它的表面分离层 是由聚电解质所构成，膜表 面带有一定电荷，对离子有 静电相互作用。 超低压大通量，即在超低压 下（ 0.1Mpa）仍能工作， 并有较大的通量。
• (3)按膜的传递机理分 膜可分为活性膜和被动 膜。活性膜是在透过膜的过程中透过组分的化 学性质可改变；被动膜是指透过膜前、后的组 分没有发生化学变化。目前所有的纳滤膜都属 于被动膜。 • (4)按制膜工艺分 纳滤膜有溶液相转化膜、熔 融热相变膜、复合膜和动力形成膜等，如CA 膜为溶液相转化膜，CTA中空纤维为熔融热相 变膜。目前卷式普遍用的为芳香族聚酰胺t;90％ >99％ >50％ 0~50％
单价离子(Na+，K+，Cl-，NO3-) 二价离子 (Ca2+ ， Mg2+ ， SO42- ， CO32-) 细菌、病毒 微溶质(Mw>100) 微溶质(Mw<100)
纳滤的特点
与电渗析、离子交换和蒸发相比，它可以同 时脱盐兼浓缩，在无机物与有机物混合液的分 离方面具有无可比拟的优点。
高价态的离子截留率明显高于一价离子， 对于阴离子的截留率由大到小的顺序为：碳酸根＞硫酸 根＞氢氧根＞氯离子＞硝酸根； 阳离子的同样顺序为：铜离子＞钙离子＞镁离子＞钾离 子＞钠离子＞氢离子 膜对离子的截留效应受离子半径的影响。
从结构上看纳滤膜大多是复合膜，即膜的
表面分离层和它的支撑层的化学组成不同。 其表面分离层由聚电解质构成，支撑层是
3. 复合法
复合法是目前用得最多、最有效的纳滤膜制备方法， 也是生产商品化纳滤膜品种最多、产量最大的方法。 该方法就是在微孔基膜上复合一层具有纳米级孔径的 超薄表层。它包括微孔基膜的制备、超薄表层的制备 和复合。（反渗透膜亦如此） • 微孔基膜的制备
纳滤（NF）
1、纳滤的发展 2、纳滤的特点 3、纳滤膜的分类 4、纳滤膜的制备 5、纳滤膜分离原理 6、纳滤膜的应用
纳滤
随着膜技术的发展，反渗透膜技术趋于成熟。但 反渗透膜对离子的截留没有选择性，使得膜的操作压 力较高，膜通量受到限制。而超滤膜截流的有机物相 对分子量较大 纳滤是始于20世纪80年代末，介于反渗透和超滤 之间的新型分离技术；膜的截留率大于90%的最小分子 约为１nm,故称之为纳滤膜。 （1）截留分子质量在200-2000的有机小分子； （2）截留能透过超滤膜的小分子有机物，透过被反渗透 所截留的无机盐；
2. 共混法 将两种或两种以上的高聚物进行液相共混，在 相转化成膜时，由于他们之间以及他们在铸膜液中 溶剂与添加剂的相容性差异，影响膜表面网络孔、
胶束聚集体孔及相分离孔的孔径大小及分布，所以
通过合理调节铸膜液中各组分的相容性差异及研究
工艺条件对相容性的影响，可制备具有纳米级表层
孔径的合金纳滤膜。 例如：将热、化学稳定性差的CA与热稳定性强、 耐生物降解的三醋酸纤维素共混，可以制得性能优 良的醋酸-三醋酸纤维素纳滤膜。
料液
＋ － ＋
带负电荷的膜 透过通量
纳滤膜的一个很大特征是膜表面或膜中存在带电基
团，因此纳滤膜分离具有两个特性，即筛分效应和
电荷效应。 分子量大于膜的截留分子量的物质，将被膜截留， 反之则透过，这就是膜的筛分效应。 膜的电荷效应又称为Donnan效应，是指离子与膜所 带电荷的静电相互作用。大多数纳滤膜的表面带有 负电荷，能阻碍多价离子的渗透，这是纳滤膜在较
• (5) 按膜的功能和作用分 纳滤膜属渗透膜范畴， 渗透压在膜的传递过程中起重大作用。 • (6) 按膜的使用和用途分 膜可分为低压膜、超 低压膜等，纳滤膜属于低压膜。 • (7)按膜的外形分 纳滤膜可制成膜片、管状膜 和中空纤维膜形状。商用的纳滤膜组件多为卷式， 另外还有管式和中空纤维式。
纳滤膜的制备方法
低压力下仍具有较高脱盐性能的重要原因。
Donnan平衡理论 将带荷电基团的膜置于含盐溶剂中时，溶液中的反离子 （所带电荷与膜内固定电荷相反的离子）在膜内浓度大 于其在主体溶液中的浓度，而同名离子在膜内的浓度则 低于其在主体溶液中的浓度。这种行为阻止了同名离子 从主体溶液向膜内的扩散，为了保持电中性，反离子也 被膜截留。大多数荷电反渗透膜中荷电基团为带负电子 的磺酸根及羧酸根。
微孔超滤膜。
• 纳滤膜与电解质离子间的静电作用是膜截流 盐的主要影响因素，而膜对中性不带电物质 的分离则是膜微孔的分子筛网效应。 • 由于纳滤膜这种独特的分离性能，确定了它 在水质软化处理中的地位。此外，纳滤膜能 有效去除许多中等分子量溶质，例如某些色 素、残留农药、消毒副产物等。
纳滤膜的分类
• 基于不同的出发点，纳滤膜的分类有许多方法。 • (1) 按膜的材料分 纳滤膜有醋酸纤维素及其衍 生物膜、芳香族聚酰胺膜、磺化聚砜 (SPS) 、磺 化聚醚砜(SPES)等。 • (2)按膜的结构特点分 纳滤膜有一体化的非对称 膜和复合膜，如溶液相转化的CA膜属非对称膜之 列，其表皮层致密，皮下层比较疏松。通用的复 合膜大多是用聚砜多孔支撑膜制成，而表层致密 的芳香族聚酰胺薄层是以界面聚合法形成的。
纳滤的发展
纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的需
求及降低成本的经济性而不断发展的新膜品种，以 适应在较低操作压力下运行，进而实现降低成本演 变发展而来的。
膜组器于80年代中期商品化。纳滤膜大多从反渗
透膜衍化而来。
纳滤和反渗透的截留特性比较
溶
质
RO
>98％ >99％ >99％ >90％ 0~90％
具有离子选择性，能透过一价无机 盐，有效截留二价及高价离子，渗透压远比反 渗透低，故操作压力很低。达到同样的渗透通 量所必需施加的压差比用RO膜低0.5～1 MPa，
因此纳滤又被称作“低压反渗透”或 “疏松反渗透”。
纳滤的特点
纳滤膜对无机盐有一定的截 留率，因为它的表面分离层 是由聚电解质所构成，膜表 面带有一定电荷，对离子有 静电相互作用。 超低压大通量，即在超低压 下（ 0.1Mpa）仍能工作， 并有较大的通量。
• (3)按膜的传递机理分 膜可分为活性膜和被动 膜。活性膜是在透过膜的过程中透过组分的化 学性质可改变；被动膜是指透过膜前、后的组 分没有发生化学变化。目前所有的纳滤膜都属 于被动膜。 • (4)按制膜工艺分 纳滤膜有溶液相转化膜、熔 融热相变膜、复合膜和动力形成膜等，如CA 膜为溶液相转化膜，CTA中空纤维为熔融热相 变膜。目前卷式普遍用的为芳香族聚酰胺t;90％ >99％ >50％ 0~50％
单价离子(Na+，K+，Cl-，NO3-) 二价离子 (Ca2+ ， Mg2+ ， SO42- ， CO32-) 细菌、病毒 微溶质(Mw>100) 微溶质(Mw<100)
纳滤的特点
与电渗析、离子交换和蒸发相比，它可以同 时脱盐兼浓缩，在无机物与有机物混合液的分 离方面具有无可比拟的优点。
高价态的离子截留率明显高于一价离子， 对于阴离子的截留率由大到小的顺序为：碳酸根＞硫酸 根＞氢氧根＞氯离子＞硝酸根； 阳离子的同样顺序为：铜离子＞钙离子＞镁离子＞钾离 子＞钠离子＞氢离子 膜对离子的截留效应受离子半径的影响。
从结构上看纳滤膜大多是复合膜，即膜的
表面分离层和它的支撑层的化学组成不同。 其表面分离层由聚电解质构成，支撑层是
3. 复合法
复合法是目前用得最多、最有效的纳滤膜制备方法， 也是生产商品化纳滤膜品种最多、产量最大的方法。 该方法就是在微孔基膜上复合一层具有纳米级孔径的 超薄表层。它包括微孔基膜的制备、超薄表层的制备 和复合。（反渗透膜亦如此） • 微孔基膜的制备
纳滤（NF）
1、纳滤的发展 2、纳滤的特点 3、纳滤膜的分类 4、纳滤膜的制备 5、纳滤膜分离原理 6、纳滤膜的应用
纳滤
随着膜技术的发展，反渗透膜技术趋于成熟。但 反渗透膜对离子的截留没有选择性，使得膜的操作压 力较高，膜通量受到限制。而超滤膜截流的有机物相 对分子量较大 纳滤是始于20世纪80年代末，介于反渗透和超滤 之间的新型分离技术；膜的截留率大于90%的最小分子 约为１nm,故称之为纳滤膜。 （1）截留分子质量在200-2000的有机小分子； （2）截留能透过超滤膜的小分子有机物，透过被反渗透 所截留的无机盐；
2. 共混法 将两种或两种以上的高聚物进行液相共混，在 相转化成膜时，由于他们之间以及他们在铸膜液中 溶剂与添加剂的相容性差异，影响膜表面网络孔、
胶束聚集体孔及相分离孔的孔径大小及分布，所以
通过合理调节铸膜液中各组分的相容性差异及研究
工艺条件对相容性的影响，可制备具有纳米级表层
孔径的合金纳滤膜。 例如：将热、化学稳定性差的CA与热稳定性强、 耐生物降解的三醋酸纤维素共混，可以制得性能优 良的醋酸-三醋酸纤维素纳滤膜。
料液
＋ － ＋
带负电荷的膜 透过通量
纳滤膜的一个很大特征是膜表面或膜中存在带电基
团，因此纳滤膜分离具有两个特性，即筛分效应和
电荷效应。 分子量大于膜的截留分子量的物质，将被膜截留， 反之则透过，这就是膜的筛分效应。 膜的电荷效应又称为Donnan效应，是指离子与膜所 带电荷的静电相互作用。大多数纳滤膜的表面带有 负电荷，能阻碍多价离子的渗透，这是纳滤膜在较