Membrana di nanofiltrazione è una tecnologia di separazione a membrana guidata dalla pressione, posizionata tra l'ultrafiltrazione e l'osmosi inversa, con un limite di peso molecolare generalmente compreso tra 200 e 1000 Dalton. Presenta elevati tassi di rigetto per ioni bivalenti e multivalenti consentendo al tempo stesso un'efficiente permeazione di ioni monovalenti e molecole d'acqua. Essendo un componente critico nelle applicazioni di trattamento dell'acqua, la membrana di nanofiltrazione è ampiamente utilizzata nell'approvvigionamento idrico municipale, nel trattamento delle acque reflue industriali, nella separazione dei materiali e nella purificazione dell'acqua residenziale.
Jiangsu Bangtec Huachuang Sci-tech Co., Ltd. , che opera in Cina come produttore e fornitore di membrane per nanofiltrazione, è specializzato nello sviluppo industriale di prodotti di fascia alta per elementi di membrana NF e nella promozione di soluzioni integrate. Il portafoglio di prodotti comprende serie ad alta pressione, media e bassa pressione, insieme a modelli resistenti agli acidi e agli alcali per condizioni operative speciali, al servizio di settori quali fotovoltaico, batterie al litio, acciaio, produzione di energia, prodotti chimici, stampa e tintura e prodotti chimici per il carbone.
CHIAVE DA ASPORTO
Il meccanismo di separazione della membrana di nanofiltrazione si basa principalmente su esclusione dimensionale e Effetti Donnan . Con una dimensione dei pori compresa tra circa 0,5 e 2 nanometri, trattiene efficacemente composti organici, virus, batteri e alcuni sali inorganici con pesi molecolari superiori a 200 Dalton, pur mantenendo tassi di rigetto relativamente bassi per i sali monovalenti come il cloruro di sodio, tipicamente tra il 20% e l'80%. Questa caratteristica offre vantaggi unici nel trattamento di addolcimento, rimozione organica e separazione selettiva.
Prendendo come esempio le applicazioni della membrana NF dell'amministrazione municipale, un impianto municipale di trattamento delle acque che utilizza un sistema NF ha ottenuto una riduzione della durezza in uscita dai 450 mg/l originali a meno di 80 mg/l, con una rimozione del TOC che ha raggiunto il 92%, pur mantenendo tracce di minerali benefici per la salute umana. Questa capacità di separazione selettiva è irraggiungibile con le membrane ad osmosi inversa e rappresenta la forza trainante principale dietro la continua crescita della membrana di nanofiltrazione nel trattamento dell’acqua potabile.
0,5-2 nm
Intervallo di dimensioni dei pori
200-1000 Da
Limite del peso molecolare
92 %
Tipica rimozione del TOC
20-80 %
Tasso di rifiuto di NaCl
In base alla pressione operativa e alla resistenza chimica, la membrana di nanofiltrazione può essere suddivisa in più sottocategorie. La membrana NF industriale è generalmente progettata come tipo ad alta pressione, con pressioni di esercizio che raggiungono da 4,0 a 8,0 MPa, adatta per il trattamento delle acque reflue ad alta concentrazione e il recupero della concentrazione di materiale. La membrana NF domestica adotta un design a bassa pressione, con pressioni di esercizio comprese tra 0,2 e 0,5 MPa, ottimizzata per le applicazioni della membrana NF per depuratori d'acqua e della membrana NF per fontanelle domestiche.
| Tipo di prodotto | Intervallo di pressione operativa | Applicazioni tipiche | Vantaggi fondamentali |
| Membrana NF industriale | 4,0 - 8,0 MPa | Scarico zero delle acque reflue industriali, concentrazione del materiale | Alto flusso, alto tasso di rifiuto |
| Membrana NF per depuratore d'acqua | 0,2 - 0,5MPa | Depuratori d'acqua residenziali, fontanelle dirette | Funzionamento a bassa pressione, ritenzione minerale |
| Membrana NF dell'Amministrazione Comunale | 0,5 - 1,5MPa | Addolcimento acqua comunale, rimozione organica | Grande flusso, basso consumo energetico |
| Membrana NF per la separazione dei materiali | 2,0 - 6,0MPa | Separazione farmaceutica, concentrazione degli alimenti | Separazione selettiva ad alta precisione |
| Membrana NF resistente agli acidi | 1,0 - 4,0 MPa | Trattamento acque reflue acide, recupero acidi | Intervallo di tolleranza del pH 1-3 |
| Membrana NF resistente agli alcali | 1,0 - 4,0 MPa | Trattamento delle acque reflue alcaline, purificazione degli alcali | Intervallo di tolleranza del pH 10-14 |
| Membrana NF ad alta pressione | 6,0 - 10,0 MPa | Concentrazione di acque reflue ad alta salinità, addolcimento dell'acqua di mare | Tasso di desalinizzazione ultra elevato, funzionamento stabile |
La membrana di nanofiltrazione adotta tipicamente una struttura composita a film sottile, costituita da uno strato di supporto in tessuto non tessuto, una membrana di substrato di ultrafiltrazione in polisulfone e uno strato di separazione attiva in poliammide. La densità di reticolazione e le caratteristiche di carica dello strato attivo determinano direttamente le prestazioni di separazione della membrana.
L'elemento della membrana NF sviluppato da Jiangsu Bangtec Huachuang Sci-tech Co., Ltd. impiega un processo di polimerizzazione interfacciale proprietario, con lo spessore dello strato attivo controllato tra 50 e 150 nanometri. Il potenziale Zeta superficiale raggiunge da -15 a -25 mV a pH 7, conferendo eccellenti prestazioni antivegetative.
Prestazioni standard 8040
Testare la temperatura 25C
Prova di pressione 0,5MPa
Rifiuto di MgSO4 ≥98%
Rifiuto di NaCl 40%-60%
Flusso permeato 25-40 LMH
Declino del flusso annuale <5%
I dati prestazionali tipici indicano che un elemento di membrana 8040 NF standard, testato a 25 gradi Celsius e a una pressione di 0,5 MPa, raggiunge tassi di reiezione del solfato di magnesio superiori al 98%, tassi di reiezione del cloruro di sodio compresi tra circa il 40% e il 60% e un flusso di permeato mantenuto tra 25 e 40 LMH (litri per metro quadrato all'ora). Il modello di membrana NF ad alta pressione, testato a 6,0 MPa, raggiunge tassi di rimozione della durezza totale superiori al 99%, mantenendo un tasso di declino del flusso di permeato stabile inferiore al 5% annuo.
In ambienti altamente corrosivi come quelli chimici, di stampa e tintura e di prodotti chimici a base di carbone, la domanda di membrane NF resistenti agli acidi e di membrane NF resistenti agli alcali è sempre più importante. Le membrane convenzionali in poliammide sono soggette all'idrolisi del legame ammidico in condizioni fortemente acide o alcaline, con conseguente degrado delle prestazioni. Introducendo membrane di substrato in polisulfone solfonato o polietersulfone chimicamente resistenti e ottimizzando la struttura di reticolazione dello strato attivo, l'intervallo operativo del pH può essere esteso da 1 a 14.
Membrana NF convenzionale
Il calo del flusso supera il 30% entro 3 mesi
VS
Membrana NF resistente agli alcali
Calo del flusso solo dell’8% dopo 12 mesi
Casi applicativi pratici dimostrano che una grande azienda di stampa e tintura che utilizza la membrana NF resistente agli alcali per trattare le acque reflue mercerizzanti a pH 12 ha ottenuto un calo del flusso solo dell'8% dopo 12 mesi di funzionamento continuo, mentre le membrane NF convenzionali hanno registrato un calo del flusso superiore al 30% entro 3 mesi in condizioni equivalenti. Questi dati convalidano pienamente i vantaggi in termini di affidabilità dell'elemento membrana NF specializzato chimicamente resistente in condizioni operative estreme.
Il mercato globale delle membrane di nanofiltrazione è stato a lungo dominato da imprese europee, americane e giapponesi. Tuttavia, l’industria cinese delle membrane per nanofiltrazione si è sviluppata rapidamente negli ultimi anni, con i prodotti a membrana nazionali che si stanno gradualmente avvicinando ai livelli avanzati internazionali in termini di indicatori di prestazione. Prendendo come esempio la membrana NF Membrane per fontanelle domestiche, gli elementi a membrana domestici hanno ridotto il divario con i prodotti importati entro il 5% in parametri chiave come il flusso di permeato, il tasso di desalinizzazione e la durata di servizio, mentre i prezzi sono solo dal 60% al 70% dei prodotti importati.
Divario nel flusso del permeato
Divario nel tasso di desalinizzazione
Vantaggio di prezzo
Solo il 60%-70% delle importazioni
Jiangsu Bangtec Huachuang Sci-tech Co., Ltd., in qualità di partecipante significativo nel settore cinese delle membrane di nanofiltrazione, sfrutta l'esperienza tecnica di un team di dottorandi dell'Accademia cinese delle scienze per creare una linea di prodotti completa che copra requisiti di separazione ad alta, media pressione, bassa pressione e speciali. L'azienda ha ottenuto le certificazioni del sistema di gestione integrato ISO9001, ISO14001 e ISO45001, nonché la certificazione CE. Le prestazioni del prodotto sono state verificate da test di terze parti per raggiungere livelli leader a livello internazionale, fornendo numerose soluzioni affidabili a membrana NF per il trattamento dell'acqua per settori quali fotovoltaico, batterie al litio, acciaio e produzione di energia.
La scelta della membrana di nanofiltrazione appropriata richiede una considerazione completa della qualità dell'acqua di alimentazione, dei requisiti target del permeato, della pressione operativa e della frequenza della pulizia chimica. Per le fonti d'acqua ad elevata durezza, la priorità dovrebbe essere data alla membrana NF dell'Amministrazione Comunale con tassi di reiezione di ioni bivalenti elevati. Per le acque reflue industriali contenenti solventi organici o acidi e basi forti, la membrana NF resistente agli acidi o la membrana NF resistente agli alcali deve essere abbinata di conseguenza.
Raccomandazione di manutenzione
Una pulizia chimica regolare può prolungare la durata dell'elemento della membrana NF da 5 a 7 anni. Il ciclo di pulizia consigliato consiste nell'avviare la procedura di pulizia quando la produzione di permeato standardizzato diminuisce del 10% o il differenziale di pressione transmembrana aumenta del 15%. Per le applicazioni residenziali della membrana NF del depuratore d'acqua, si consiglia di sostituire i prefiltri ogni 6-12 mesi per proteggere gli elementi della membrana dalla contaminazione da particolato.
Q1
Qual è la differenza tra la membrana di nanofiltrazione e la membrana ad osmosi inversa
Le membrane NF hanno un limite di peso molecolare di circa 200-1000 Dalton, con un'elevata reiezione degli ioni bivalenti ma una minore reiezione dei sali monovalenti, operando tipicamente a 0,5-2,0 MPa. Le membrane RO respingono quasi tutti gli ioni e richiedono 1,5-10,0 MPa. NF è più adatto per l'addolcimento e la separazione selettiva, mentre RO è preferito per la desalinizzazione ad elevata purezza.
Q2
Qual è la durata di servizio tipica della membrana NF industriale
In condizioni di manutenzione adeguate, la membrana Industrial NF dura in genere dai 3 ai 5 anni. Con una buona qualità dell'acqua di alimentazione e una pulizia tempestiva, alcuni modelli di membrana NF ad alta pressione possono funzionare stabilmente per oltre 7 anni. I fattori chiave che influenzano includono il valore SDI dell'acqua di alimentazione, il contenuto di cloro residuo e la frequenza della pulizia chimica.
Q3
La membrana NF domestica può rimuovere i metalli pesanti
La membrana NF domestica raggiunge tassi di rigetto superiori al 95% per gli ioni di metalli pesanti bivalenti come piombo, cadmio e cromo. L'effetto di rimozione dell'arsenico trivalente è superiore a quello delle forme pentavalenti. La membrana NF del purificatore d'acqua rimuove efficacemente i metalli pesanti nocivi trattenendo minerali benefici come calcio e magnesio, rendendola la scelta ideale per la purificazione dell'acqua residenziale.
Q4
Qual è l'intervallo di pH per la membrana NF resistente agli acidi
La membrana NF resistente agli acidi può funzionare continuamente in ambienti fortemente acidi con pH compreso tra 1 e 3 e resistere alla pulizia a breve termine con agenti chimici compresi tra pH 1 e 14. Il suo strato attivo impiega una speciale struttura di reticolazione che riduce i tassi di idrolisi del legame ammidico di oltre l'80% rispetto alle membrane convenzionali, rendendola adatta per il recupero acido e il trattamento delle acque reflue acide.
Q5
Cosa causa il declino del flusso nell'elemento della membrana NF
Il declino del flusso deriva principalmente dall’incrostazione della superficie della membrana, dalla polarizzazione della concentrazione e dalla degradazione chimica. Incrostazioni inorganiche, adsorbimento organico e biofouling sono le tre cause principali. Ottimizzando i processi di pretrattamento, controllando i tassi di recupero ed effettuando una pulizia chimica regolare, è possibile controllare il calo del flusso annuale inferiore al 5%.
Q6
Come determinare quando è necessario sostituire la membrana NF
Si consiglia la sostituzione quando si verificano le seguenti condizioni: la produzione di permeato standardizzato diminuisce di oltre il 20%, il differenziale di pressione transmembrana aumenta di oltre il 25%, il tasso di desalinizzazione diminuisce di oltre il 10% o le prestazioni non possono essere ripristinate dopo la pulizia chimica. Per la membrana NF per la separazione dei materiali in applicazioni farmaceutiche ad alta precisione, si consiglia un monitoraggio delle prestazioni più rigoroso.
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