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技術Q&A

薄膜-NF

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什麼是微過濾?與超濾有何不同?

微過濾法是用纖維素或高分子材料製成的微孔濾膜,利用其均一孔徑來截留水中的微粒、細菌、膠體等,使其不通過濾膜而被去除。這種微孔膜過濾技術又稱粒密過濾技術,能夠過濾微米或納米級的微粒和細菌。超過濾和微過濾都屬於膜分離技術,兩者之間不存在明顯的界限,超過濾的工作壓力一般以0.3兆帕左右,可去除水中大分子物質、細菌、病毒等,但通量較低。

何謂NF膜?

Microfiltration (MF)
Ultrafiltration (UF)
Nanofiltration (NF) 0.001 微米
Reverse Osmosis (RO) 0.0001微米

一微米= 0.000001 m
所以NF膜就是奈米膜了!又有人稱它為納濾膜。
納濾膜是允許溶劑分子、某些低分子量溶質或低價離子透過的一種功能性半透膜。它是一種特殊又很實用的分離膜產品,它因能截留物質的大小約為1納米(0.001微米)而得名。

 

NF膜可否去除重金屬?

納濾膜不僅可在低壓下對水源軟化和適度脫鹽,而且可有效的去除水中污染物,如重金屬、農藥、三鹵甲烷生成能(THMFP)、色度、細菌、病毒和溶解性有機物 ,是脫除地表水和地下水中的有機物並進行部分軟化的理想膜管,還可保留原水中35%的礦物質,為一般先進國家使用最普遍的淨水器材。
 

家用NF膜有哪些特點?

NF膜特色:
1.真空絲薄膜設計
2.各種雜質可完整去除高達95%以上
3.抑制細菌滋生,使水質淨化去除率最好
4.可除臭、去異色、漂白劑氯、農藥及致癌物質三氯甲烷
5.相較於RO膜,每日造水量較大
 

NF膜可以取代RO膜嗎?

由於NF膜可去除有害的化學物質,例如:氯、三鹵甲烷、農藥、重金屬、細菌、病毒等等,可保留約30%-50%的礦物質,但又有效濾除石灰質,讓家中水壺及熱水瓶無茶垢。因此,有人說 NF膜就是礦泉水膜。
由於NF膜的在規格上都完全相容於RO膜,對於某些認為逆滲透出來的水是「窮水」的人而言,NF膜是可以取代RO膜的。
 

何謂NF?與其他過濾膜有何差異

      薄膜種類繁多,以一般水處理與回收及海水淡化等領域來看,依薄膜孔洞大小加以歸類,可分為逆滲透(Reverse Osmosis,RO)、奈米過濾(Nanofiltration,NF)、超過濾Ultrafiltration,UF)、微過濾(Microfiltration,MF)等薄膜程序。各類薄膜之異同請詳見下表。

Table Membrane categories and characteristics

 

NF膜特性為何?可以去除什麼樣的雜質?

      NF薄膜的分離粒徑範圍則介於0.01μm~0.001μm,其操作壓力比RO低,約介於3~6kgf/cm2,除了可以去除微生物、汙染物、與高分子量有機物,另外NF薄膜對於二價電荷離子性物質有很高的阻絕率,但對於一價電荷離子物質的阻絕率較差。與MF/UF 類似,在操作時也面臨堵塞問題之控制與濃縮液之處理。

NF膜的應用領域為何?

NF膜的主要應用領域如下:

1. 硬水軟化
    硬水軟化是NF膜的最重要之工業應用之一,NF膜一般可用來去除硬水中的Ca2+離子、Mg2+離子、SO42-離子等離子物質、三鹵甲烷中間物、異味、色度、藥物、合成劑、可溶性有機物質及蒸發殘留物質等,且還能在低壓下實現水的軟化。NF膜軟化水在美國非常普遍,特別是近10多年,佛羅里達州的新蓋水軟化廠都是採NF膜來進行水的軟化。

2. 純化和濃縮
    NF膜用於物質純化和濃縮包括有活性染料、抗生素、多肽與胺基酸等,由於傳統在純化和濃縮上述物質都會消耗很多能源,像多肽常用層析方式從有機或水溶液中純化,再透過熱蒸發方式抽真空進一步濃縮,使用NF膜即可同時完成兩個目標,在過濾濃縮的同時,對多肽進行純化。故NF膜的導入可以節省大量能源。

3. 飲用水的淨化
    一般過程為:進水→前處理(MF薄膜過濾) →微過濾(UF) →奈米過濾(NF) →備用。這樣過程的優點是水質好且穩定,化學劑量用量少,節省能源,經濟效益大,易於管理與維修。

4. 廢液處理和再使用
    NF膜可處理的領域包括乳漿脫鹽、含鉻廢水的處理與有機化工之廢液處理,其中又以含鉻廢水與有機化工之廢液的污染性最為嚴重,常因為其廢液組成非常複雜,以傳統方式處理效果不彰,故常用NF膜先做為前處理,再以別的分離方法加以處理之。

5. 脫色應用
    NF膜在脫色方面應用包括了:對木漿漂白液進行處理來去除含氯木質素,90%以上的COD以及高色度物質,低鹽淡色醬油的生產,染料工業的廢水之脫色處理。

 

NF膜名稱由來為何?

      逆滲透薄膜最大優點就是可以完全去除水中的雜質,甚至小到一價陽離子,如:Na+、K+,都有相當高的截留率,但其缺點就是逆滲透薄膜必須操作在相當高的壓力下(5~10 kgf/cm2),且單位面積的下的純水透過量只有0.05~1.4(L/m2*bar),如此的透過量是無法滿足工業或民生用水的大量需求,且逆滲透薄膜的操作壓力相當高而使其經濟價值降低。

      大約在1970 年代中後期,便有人著手開發可在低壓操作的逆滲透薄膜(low-pressure reverse osmosis)。這種薄膜除了改善壓力的問題外,其透過量也較正統逆滲透薄膜來的高。低壓操作逆滲透薄膜對於一價離子的截留率較差,對於二價離子仍保有非常高的截留率,又可被稱為疏鬆型逆滲透薄膜(loose reverse osmosis),且由於此類型薄膜的孔洞大小約介於0.1~1nm,為了有別於逆滲透薄膜,此類型薄膜也被稱為奈米過濾(nanofiltration),而奈米過濾也是此類型薄膜在現今最被接受也最常使用的專有名詞

NF膜有哪些製備的方法?

     奈米過濾膜的製作方式可以歸納為五種:孔洞充填法 (Porefillingmethod)、界面聚合法(Interfacial polymerization)、高分子掺合法(Polymer blending method)、高分子共聚合法 (Coploymer method)、交聯法 (Cross-linking method)。

    其中,界面聚合法具有操作簡單和容易控制等優點,早在1981年就被提出也被Cadotte J. E.申請了美國專利,當時是被利用在海水淡化的應用,效果優異,膜材是使用聚醯胺薄膜(polyamide),也就是俗稱的耐龍膜(Nylon)。目前界面聚合法已成為世界最有效的製備奈米過濾膜的方法,也是工業化奈米過濾膜生產的主要方法,且之後有相當多的研究特別是針對水處理方面的應用,其中以商業化的奈米過濾膜主要有NF 系列、NTR 系列、UTC 系列、ATF 系列、MPT 系列,MPF系列與A-15 系列薄膜等。

有哪些因素會影響NF膜的過濾性能?

    NF膜主要是用來分離分子量介於200至1000之溶質系統。過濾程序中,是以膜的阻隔分子量(MWCO)是決定物質能否透過薄膜孔隙當指標。這些因巨大分子被薄膜排拒而形成之濃度極化層會影響小分子或溶劑之通過,因此也將影響過濾性質。這些影響的因素包括有:

(1) 薄膜本身的特性,如孔隙大小、帶電量、孔隙度、表面粗糙度及材料種類等。
(2) 溶液的性質,如黏度、擴散係數、離子強度及酸鹼值等。
(3) 操作的參數,如透膜壓差、進料濃度、攪拌速度、溫度、電場及薄膜傾斜角度等。

NF膜的脫鹽率效果如何?

    NF膜是允許溶劑分子、某些低分子量溶質或低價離子透過的一種功能性半透膜。它是一種特殊又很實用的分離膜產品,它因能截留物質的大小約為1納米(0.001微米)而得名。

    它截留有機物分子量大約為 200至400之間。截留溶解性鹽的能力為20~98%之間,對單價陰離子鹽溶液的脫鹽率低於高價陰離子鹽溶液,對氯化鈉脫鹽率為20~80%,而硫酸鎂及硫酸鈉的脫鹽率為90~98% 。

 

如何選擇適合自己用途的NF膜?

NF-400
    它能截留200以上分子量的有機物而允許單價鹽份透過。陶氏FILMTEC™ NF- 膜管是原NF45型納濾膜管的性能升級產品,在有機化合物脫鹽,酸處理,廢水金屬和抗凍液回收等領域得到了廣泛應用。

NF90-400
    是專門為了高度脫除總有機碳(TOC)和三鹵代烷(THM)前驅物而開發的產品,同時允許硬度成份中等通過,其它鹽分中等或較高程度通過。

NF200-400
    納濾膜管面積大,產水量高。是專門為了高度脫除水中總有機碳(TOC)類有毒有害雜質,如殺蟲劑、除草劑THM(三鹵代烷)前驅物等而開發的產品,該膜管同時具有中等透鹽率和中等硬度透過率。
    陶氏NF200-400是脫除地表水和地下水中的有機物並進行部分軟化的理想膜管,滿足維持口感和輸送管網所需的最低硬度。

NF270-400
    是脫除地表水和地下水中的有機物並進行部分軟化的理想膜管,以達到特定要求的水質硬度,保持口感,保護輸水管網。該膜管膜面積大所需淨驅動壓低,使得NF270-400低壓運行就可去除水中有機化合物。於高度脫除鹽分,硝酸鹽,鐵,殺蟲劑、除草劑和THM前驅物等有機化合物。

 

 

NF進水水質要求?

NF進水水質要求如下:

*水溫:5 ~ 30oC
*pH:4 ~ 7
*導電度 < 15,000 uS/cm
*TOC < 3 mg/L
*鐵 < 0.05 mg/L
*錳 < 0.05 mg/L
*餘氯:0.1~0.5 ppm
*SDI:3 ~ 5
*濁度:0.1 ~ 0.5 NTU
*LSI < 0
*SiO2 < 50 ppm

 

NF膜線上清洗方式

NF膜線上清洗方式如下:
卷式膜為正向沖洗 (產水與迴水端關閉,沖出洗滌液),中空纖維膜則可反洗,洗滌液可採用UF產水或RO膜濃縮液
頻率:一般每1~ 6小時一次
用水量:沖洗流量可控制在產水量的5~10倍,每噸產水約需使用0.1噸洗滌水

線上清洗加藥
1.除垢劑:
•與陽離子形成螯合物,抑制鹽類結晶速率,避免產生鹽垢
•種類有聚羧酸類、無機磷酸鹽類、有機磷酸鹽類、磺酸鹽類、聚丙烯醯胺類等
•添加劑量一般建議為3 ~ 10 mg/L

2.亞硫酸氫鈉 (NaHSO3):
•中和餘氯,避免傷害RO膜,或可用硫酸鈉或硫代硫酸鈉
NaHSO3 + NaClO NaHSO4 + NaCl(餘氯劑量之1.4倍)
•高劑量亞硫酸氫鈉同樣具抑菌效果

3.鹽酸:
•調整pH值於酸性,避免產生碳酸鈣結垢,或可使用硫酸

 

納濾膜技術發展歷程為何?結構上有哪些特性?

納濾技術的開發與應用比逆滲透膜大約晚二十年。目前,國內外都很活躍。納濾膜介於逆滲透和超濾膜之間,其膜表面分離皮層具有納米納微孔結構。相對於逆滲透膜對NaCL的脫除率均在95%以上,一般將NaCL脫除率在90%以下的膜稱之為納濾膜。逆滲透膜幾乎對所在溶質都有很高的脫除率,而納濾膜只對特定的溶質具有脫除率。納濾膜主要去除一個納米左右的溶質粒子,截留分子量一般為100~2000。納濾膜主要用於脫除三鹵甲烷中間體(THM),異味、色度、農藥、合成洗滌劑、可溶有機物等致病因數,以及苦咸水脫除Ca、Mg等硬度成分。