納濾膜技術應用的（de）發展前景

1、前言
納濾(Nanofiltra tion，NF)是介於超濾與反滲透之間的一種膜分離技術，納濾膜的孔徑為幾納米，納濾技術因此而得名。納濾的研究開始於70年代末（mò）J. E. Cado tte的NS - 300膜研究。之後，納濾發展得很快，膜組器於80年代中期已經商品化。納濾過程與反滲透和超濾過程同為壓力推動的膜過程，但傳質（zhì）機理不同。一（yī）般認為納濾膜為溶解-擴（kuò）散方式；同（tóng）時大多數納濾膜為荷電型（xíng），其對無機鹽的分離（lí）行為不僅由化學梯度控製，還（hái）受到電勢梯度的（de）影（yǐng）響。納濾技術無任何化學反應，無需加熱，無相轉變，不會破壞生物（wù）活性，不改變風味（wèi）、香味，因而被越來越（yuè）廣泛地應用於水處理、食品、醫藥工業中的（de）各種分離、精製和濃縮（suō）過程。NF技術在水處理（lǐ）中的應用主要（yào）包括：飲用水的淨化、軟化，電子（zǐ）、半導體、生物（wù）以及醫藥生產領域超純水的製備、受汙染（rǎn）表層水和地下水及工業廢水的淨化處理等。本文從膜法軟化水、工業用水和生（shēng）活汙（wū）水的處理等方（fāng）麵，係（xì）統地介紹了納濾技術在水處理方麵的應用現狀，並對該技術（shù）的應用前（qián）景作以展望（wàng）。
2、飲用水的（de）處理（lǐ）及超純水的製備
2. 1納濾膜法軟化水：NF膜目（mù）前（qián）zui大的應用領（lǐng）域（yù）之一就是飲用水的軟化。在水（shuǐ）中，硫酸和碳酸的鈣、鎂鹽產生（shēng）了水硬度。Film - tech公司NF70膜的主要應用就是水的軟化，由（yóu）此稱之為“水軟化膜”，它的操作壓力為0. 5MPa——0. 7MPa，能脫除85%——95%的硬（yìng）度以及70%的單價離子。膜法軟化水主要考慮的因素有進料水質（zhì）、滲透（tòu）水質（zhì）和回收率。是否加（jiā）酸和防垢劑取（qǔ）決（jué）於（yú）進料（liào）水（shuǐ）質和回收率，據滲透水質和（hé）水量（liàng），選擇膜組件（jiàn）、組件的數量和排列方式（shì），以（yǐ）及相關的操作條件。
膜法軟化水在美國已很普遍，佛羅裏達（dá）州近10多年來新的軟（ruǎn）化水廠都采用膜法軟化，代替常規的石灰軟化和離子交換過程。主要優點是無汙泥、不需再生、*除去懸浮物和有機物，操作簡便和占地省等，而在（zài）投資、操作和維修及價格等方麵與常規法相近。根據（jù）文獻中NF - 70膜軟化水的數據可知，利用納濾膜法軟化水，水中的TH MFP(三鹵甲烷潛在生成物)、TOXFP (總有機（jī）鹵潛在（zài）生成（chéng）物)、SO2 -4及CaH(硬度)的脫除率均（jun1）在90%以上，而TH(總硬度)、TDS及DOC等指標脫除率也（yě）高達80%以（yǐ）上，此外其它離子(如N a+、C l-、Fe2 +等)的脫除率也很高（gāo）。我國北方（fāng）的水硬度較高，為此，山東長島采用卷式納濾裝置，建成了（le）日產140 t的苦鹹水示範工程。產水符合國家飲用水（shuǐ）標準，耗電量隻有（yǒu）1.43kWh /t。另外，在浙江舟山嵊泗島用中空納濾膜裝置建立了日產24t的苦鹹水淡化（huà）示範工程，產（chǎn）水*符合（hé）飲用水標準（zhǔn）。
2. 2飲用水淨（jìng）化：飲用水的汙染問題愈（yù）來愈受到人們的關注，美、歐、日等（děng）發達國家都有改（gǎi）善水質的計（jì）劃，如（rú）日（rì）本的MAC -2 l計劃和新（xīn）MAC - 21計劃，將膜技術作為水淨化的zui有效手段（duàn）。歐、美等國也（yě）支持了許多膜法(NF)水淨化試（shì）驗，效果明（míng）顯。地下水或（huò）地表水中的（de）汙染物質主要是分子質（zhì）量為幾百的（de）殺蟲劑、除草劑以及因消毒而造成的過（guò）量有（yǒu）機鹵（lǔ）化物，它們（men）都是有毒甚至是致（zhì）癌的。納濾膜分離（lí）法可去除消毒的副（fù）產物、痕量的除草劑、殺（shā）蟲劑、重金屬（shǔ）、天然有機物及部分硬度、SO2 -4和NO -3等，因而是（shì）一（yī）個技術（shù）和經濟可行、可望替（tì）代傳統活（huó）性炭吸附分離法（fǎ）的（de）適宜方法。一般的過程為：進水→預處理(絮凝、過濾等)→MF(UF)→NF→出水(備用)。其優點（diǎn）是（shì）水質好且穩定，化學藥劑用量少，占地少，節能，省勞力，易管理和維修，基本上可*。利用（yòng）NF膜去除（chú）水中農藥（yào），大部分農藥的脫除率均可（kě）達到（dào）99%以上。目前在法國巴黎市郊的一座產水量（liàng）達140000m3 /d的納濾膜（mó）生（shēng）產飲用水的水廠，已成（chéng）功運轉（zhuǎn）2年多，其出水完滿足歐共體新近頒布的（de）有關消（xiāo）毒副產物（wù）的指標（biāo）要求，出水有機碳(TOC )低於0. 2mg /L——0. 3mg /L，生物穩（wěn）定性好，能有效地防止輸水管網中細菌的繁殖。我國李靈芝等采用納濾膜循環工藝以（yǐ）汙染嚴重的淮河水為源水進行（háng）深度處理試驗，結果表明，該（gāi）工藝可以有效去除水中的NH+4、N、N 0-2、TOC、致突變物等雜（zá）質，獲得安全、合格的飲用（yòng）水。
2. 3超純水（shuǐ）的（de）製備：在電子、半導體、生物以及一些醫藥生產領域，對超純水的（de）水質要求很高，水（shuǐ）中既無雜質顆粒、細菌殘屍，並且TOC要少於5μg /g，用（yòng）離子交換技術TOC僅能達到30μg /g。而具有低接觸角的帶負電（diàn）性的納濾膜，能夠很好地降低TOC含量。通常采用多級（jí）納濾膜分（fèn）離技術達到超純水要求。
3、工農業（yè）廢液處理（lǐ）和再利用
3. 1脫除三鹵化物(THMS)：隨著工業廢水（shuǐ）和農業排放水（shuǐ）進入地下，水（shuǐ）中的有機物含量增加，這些有機物容易與水（shuǐ）處理過程中的氯（lǜ）反應生成致癌性物質——THMS(三鹵化物)。NF膜能夠有效（xiào）的去除這些有機物質。在美國佛羅裏達州的某郡，利用NF膜脫除飲用水（shuǐ）中97%的有（yǒu）機鹵，總TOC含量可降（jiàng）低90%以（yǐ）上。
3. 2乳清脫鹽（yán）：乳清含有4%——6%NaC l、6%的固體（tǐ），BOD達45000mg /L，排放則是極嚴重的汙染源。用NF處理，可溶鹽在滲透液中（zhōng），可再循環或排放（fàng），截留物可加到常規乳清中。該工藝不僅解（jiě）決了廢水排放問題，而且效益明顯。
3. 3含（hán）鉻\銦廢水的處理乳：製革廢水中大量（liàng）鉻鹽引起嚴重的排放（fàng）問題，CassanoA等用納（nà）濾法處理製革廢水，從而使鉻鹽回用，不僅提高了經濟效益（yì），同時保護了環境。半導體生（shēng）產廢水中含（hán）有大量致癌物質（zhì）——銦及其化合物，M ing wu等提出（chū）了用（yòng）納濾膜分離技術對工業（yè）廢水（shuǐ）中的銦離子進行分離，考查了三種納濾膜(NTR7450，ES10和ES10C )在（zài）不同（tóng）的操（cāo）作條件下的性能。試驗結（jié）果表明：在非（fēi）酸性條件下，納濾膜能夠有效地脫除半（bàn）導體廢（fèi）水中的銦（yīn）離子。
3. 4造紙和紡織工業廢水的處理：目前，由於汙水排放對環境的影（yǐng）響，木漿漂白過程麵臨著嚴峻的挑戰。TOX和主要的小（xiǎo）分（fèn）子EOX是主要的汙染物。M aria Joao Rosa等（děng）考（kǎo）察了微濾和（hé）納濾技術在處理兩種不同漂白工序排放（fàng）水的效果，來減少TOX和二烯烴衍生物(E I)的含量，結（jié）果表明，納濾膜對TOX和E I的去除率分別高（gāo）達90%以上和100%。C ristiane N等采用三種納濾膜(DK1073，NF45和（hé）MPS31)去（qù）除紡織工業（yè）廢水的顏色和COD。試（shì）驗（yàn）顯示了納濾膜技術的應用在紡織業工業廢水的重複利用上很有前景：DK 1073，NF45對顏色的去除率在99%左右，而DK1073的COD去除率約為87%。
3. 5二級（jí）汙水的深度處理：Tan等的研究（jiū）結果表明如果結合砂濾（lǜ），NF對處（chù）理二級廢水非常有效。砂濾（lǜ）能減少在（zài）NF膜表麵易結垢的有機物，而NF減少鹽分、硬度、重餘屬和其它汙染物，降低顏色深度，脫除大量的可溶性有機物質，減少（shǎo）了形成THM的前體物。主要流程（chéng）包括前段（duàn）的常規處理，如絮凝沉降、過濾、消毒等，以及（jí）後段的膜法，包括納濾。所產水可用於工（gōng）業過程用水，地下水（shuǐ）回注水，灌溉用水（shuǐ）及路麵和廁所（suǒ）衝洗用（yòng）水等，這一發展趨勢是很明（míng）顯的。
4、生（shēng）活汙水的處理：生活汙水（shuǐ）一般用生物降解和化學氧化法相結合處理，氧化劑的浪費很大，且殘留物（wù）多。因此可以在它們之間（jiān）加納濾環節，被微生物降解的（de）小分子（zǐ）透過(MW <100)納濾膜，而截（jié）留住不能生物降解的大分子(MW >100)，再進化學氧化器（qì）後再去生物降解，這樣就可充分利用生物降解作用，節約氧化劑或活性（xìng）炭用量，降低zui終殘留物含量。
5、海水及苦鹹水的淡化：在海（hǎi）水或苦鹹水的淡化過程中，通常需要對海水或苦鹹水進行預處理。目前已有人提出海水淡（dàn）化中，在反滲透階段之前采用納濾進行預處（chù）理（lǐ），從而提高淡（dàn）化水的產量，降低成本，並且有效解決了傳統海水淡化（huà）法對環境的汙染問題（tí）。阿拉伯的鹽（yán）湖鹵水研究所（suǒ）(SWCC)運用納濾法，進行（háng）了海水淡化的試驗。試（shì）驗在2. 2MPa的壓力下，對zui高水溫為120℃的海（hǎi）水進（jìn）行處理。試驗結果表明，海（hǎi）水通過處理後，水質得到很大（dà）的提高。試驗表明，結合納濾方法進行海水淡化具有（yǒu）很多顯著的優勢，主要表現在：出水（shuǐ）中的離子濃度、微量有機物含量和TDS均較低，濁度（dù）也較小，同時降低能量消耗約25%——30%，經計算生產成本降低了（le）27%左右；此外，由於試驗過程中不添加酸、防垢劑和防沫劑等化學藥品，從而有效地解決了海水淡化工藝對環境的汙染問題。Mousa S. Mohsen等人采用反滲透和納濾裝置，在自然條件下，對水進行處理。試驗結果顯示，這兩個過程的結合，能（néng）夠大大地減少了原料水中的有機成分和無機成分（fèn）。
6、NF技術的應用前景及展望
（1）NF作為一種新型膜分離技術和分離手段，在（zài）新型的膜分（fèn）離過程具（jù）有很高的、潛在（zài）的應用價值，如含催化劑的（de）溶劑中（zhōng）催化劑回收的應用、對糖脫色樹脂（zhī）再生液進行再處理以及（jí）過程中水的回（huí）用、廢液中回收（shōu）酸堿、從（cóng）含重金屬離子（zǐ）的鹽水中回收溴、電廠（chǎng）冷卻水的處理、納濾膜膜生物反應（yīng）器、有機化工（gōng）廢液處理等。伴隨（suí）新（xīn）的低（dī）分子質量中性及電解質溶質分（fèn）離體係的出現，NF有望作為重要的膜分離技術應用於水資源的淨化、生化工程（chéng），下遊產品的（de）分離精製等領域（yù）。
（2）膜材料是NF技（jì）術得以廣泛應用（yòng）的關鍵所在，目前國內尚無成功應用的NF用膜。NF膜的研究中（zhōng）分離精（jīng）度（dù）的（de）提高是製膜的重要（yào）目標，另（lìng）外（wài）膜的耐試劑、耐熱、耐氧化和抗汙染等性能的提高仍有待解決，低壓高通量也一直是所追求的重要（yào）目（mù）標之一。
（3）采用NF膜技術，集成工藝的開發和過程優化使NF膜應用具有廣泛的應用前景（jǐng）。總之，納濾膜分離技術有其*的*性，作為一門新興的、值得矚目的領域，必將有廣闊發展前景。