【中國環保在線 技術前沿】納濾技術由于其特性被廣泛運用于水處理領域，目前大的應用領域之一就是飲用水的軟化。除此之外，還有飲用水凈化以及超純水的制備，或者工農業廢液處理和再利用。作為一種新型膜分離技術，其有較高的應用價值，所以業內認為，納濾技術的發展前景也很廣闊。

納濾膜技術應用價值高 未來發展前景廣闊

 

　　1 前言
 

　　納濾(Nanofiltra tion，NF)是介于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。納濾的研究開始于70 年代末J. E. Cado tte的NS - 300膜研究。之后，納濾發展得很快，膜組器于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，但傳質機理不同。一般認為納濾膜為溶解-擴散方式；同時大多數納濾膜為荷電型，其對無機鹽的分離行為不僅由化學梯度控制，還受到電勢梯度的影響。納濾技術無任何化學反應，無需加熱，無相轉變，不會破壞生物活性，不改變風味、香味，因而被越來越廣泛地應用于水處理、食品、醫藥工業中的各種分離、精制和濃縮過程。NF技術在水處理中的應用主要包括：飲用水的凈化、軟化，電子、半導體、生物以及醫藥生產領域超純水的制備、受污染表層水和地下水及工業廢水的凈化處理等。本文從膜法軟化水、工業用水和生活污水的處理等方面， 系統地介紹了納濾技術在水處理方面的應用現狀， 并對該技術的應用前景作以展望。
 

　　2 飲用水的處理及超純水的制備
 

　　2. 1納濾膜法軟化水：NF膜目前大的應用領域之一就是飲用水的軟化。在水中， 硫酸和碳酸的鈣、鎂鹽產生了水硬度。Film - tech 公司NF70膜的主要應用就是水的軟化， 由此稱之為“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、滲透水質和回收率。是否加酸和防垢劑取決于進料水質和回收率， 據滲透水質和水量， 選擇膜組件、組件的數量和排列方式， 以及相關的操作條件。
 

　　膜法軟化水在美國已很普遍，佛羅里達州近10多年來新的軟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。主要優點是無污泥、不需再生、完全除去懸浮物和有機物，操作簡便和占地省等，而在投資、操作和維修及價格等方面與常規法相近。根據文獻中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 (總有機鹵潛在生成物)、SO2 -4 及CaH(硬度)的脫除率均在90%以上， 而TH(總硬度)、TDS及DOC 等指標脫除率也高達80%以上，此外其它離子(如N a+、C l- 、Fe2 +等)的脫除率也很高。我國北方的水硬度較高，為此，山東長島采用卷式納濾裝置， 建成了日產140 t的苦咸水示范工程。產水符合國家飲用水標準， 耗電量只有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的苦咸水淡化示范工程，產水完全符合飲用水標準。
 

　　2. 2飲用水凈化：飲用水的污染問題愈來愈受到人們的關注，美、歐、日等發達國家都有改善水質的計劃，如日本的MAC -2 l計劃和新MAC - 21 計劃，將膜技術作為水凈化的有效手段。歐、美等國也支持了許多膜法(NF)水凈化試驗，效果明顯。地下水或地表水中的污染物質主要是分子質量為幾百的殺蟲劑、除草劑以及因消毒而造成的過量有機鹵化物， 它們都是有毒甚至是致癌的。納濾膜分離法可去除消毒的副產物、痕量的除草劑、殺蟲劑、重金屬、天然有機物及部分硬度、SO2 -4和NO -3 等，因而是一個技術和經濟可行、可望替代傳統活性炭吸附分離法的適宜方法。一般的過程為：進水→預處理(絮凝、過濾等)→MF(UF)→NF→出水(備用)。其優點是水質好且穩定，化學藥劑用量少，占地少，節能，省勞力，易管理和維修，基本上可零排放。利用NF膜去除水中農藥，大部分農藥的脫除率均可達到99%以上，如：阿特拉津(A trazine)、苯他松(Bzntazone)、敵敵畏(D ichlorvcs)、敵草隆(D iuron)等。目前在法國巴黎市郊的一座產水量達140000m3 /d的納濾膜生產飲用水的水廠，已成功運轉2年多，其出水完滿足歐共體新近頒布的有關消毒副產物的指標要求，出水有機碳(TOC )低于0. 2mg /L ——0. 3mg /L，生物穩定性好，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污染嚴重的淮河水為源水進行深度處理試驗，結果表明，該工藝可以有效去除水中的NH+4、N、N 0-2、TOC、致突變物等雜質，獲得安全、合格的飲用水。
 

　　2. 3超純水的制備：在電子、半導體、生物以及一些醫藥生產領域，對超純水的水質要求很高，水中既無雜質顆粒、細菌殘尸，并且TOC 要少于5μg /g，用離子交換技術TOC僅能達到30μg /g。而具有低接觸角的帶負電性的納濾膜，能夠很好地降低TOC含量。通常采用多級納濾膜分離技術達到超純水要求。
 

　　3 工農業廢液處理和再利用
 

　　3. 1脫除三鹵化物(THMS)：隨著工業廢水和農業排放水進入地下，水中的有機物含量增加， 這些有機物容易與水處理過程中的氯反應生成致癌性物質——THMS(三鹵化物)。NF膜能夠有效的去除這些有機物質。在美國佛羅里達州的某郡，利用NF膜脫除飲用水中97%的有機鹵，總TOC含量可降低90%以上。
 

　　3. 2乳清脫鹽：乳清含有4% —— 6%NaC l、6%的固體，BOD達45000mg /L，排放則是極嚴重的污染源。用NF 處理，可溶鹽在滲透液中，可再循環或排放，截留物可加到常規乳清中。該工藝不僅解決了廢水排放問題，而且效益明顯。
 

　　3. 3含鉻\銦廢水的處理乳：制革廢水中大量鉻鹽引起嚴重的排放問題，CassanoA等用納濾法處理制革廢水，從而使鉻鹽回用，不僅提高了經濟效益，同時保護了環境。
 

　　半導體生產廢水中含有大量致癌物質——銦及其化合物，M ing wu 等提出了用納濾膜分離技術對工業廢水中的銦離子進行分離，考查了三種納濾膜(NTR7450， ES10 和ES10C )在不同的操作條件下的性能。試驗結果表明：在非酸性條件下，納濾膜能夠有效地脫除半導體廢水中的銦離子。
 

　　3. 4造紙和紡織工業廢水的處理：目前，由于污水排放對環境的影響，木漿漂白過程面臨著嚴峻的挑戰。TOX 和主要的小分子EOX是主要的污染物。M aria Joao Rosa等考察了微濾和納濾技術在處理兩種不同漂白工序排放水的效果， 來減少TOX和二烯烴衍生物(E I)的含量，結果表明，納濾膜對TOX 和E I的去除率分別高達90%以上和100%。C ristiane N 等 采用三種納濾膜(DK1073，NF45和MPS31)去除紡織工業廢水的顏色和COD。試驗顯示了納濾膜技術的應用在紡織業工業廢水的重復利用上很有前景：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. 5二級污水的深度處理：Tan等的研究結果表明如果結合砂濾，NF對處理二級廢水非常有效。砂濾能減少在NF 膜表面易結垢的有機物，而NF減少鹽分、硬度、重余屬和其它污染物，降低顏色深度，脫除大量的可溶性有機物質，減少了形成THM 的前體物。
 

　　主要流程包括前段的常規處理，如絮凝沉降、過濾、消毒等，以及后段的膜法，包括納濾。所產水可用于工業過程用水，地下水回注水，灌溉用水及路面和廁所沖洗用水等， 這一發展趨勢是很明顯的。
 

　　4生活污水的處理：生活污水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，且殘留物多。因此可以在它們之間加納濾環節，被微生物降解的小分子透過(MW <100)納濾膜，而截留住不能生物降解的大分子(MW >100)，再進化學氧化器后再去生物降解，這樣就可充分利用生物降解作用， 節約氧化劑或活性炭用量，降低終殘留物含量。
 

　　5海水及苦咸水的淡化：在海水或苦咸水的淡化過程中，通常需要對海水或苦咸水進行預處理。目前已有人提出海水淡化中，在反滲透階段之前采用納濾進行預處理，從而提高淡化水的產量，降低成本，并且有效解決了傳統海水淡化法對環境的污染問題。阿拉伯的鹽湖鹵水研究所(SWCC)運用納濾法，進行了海水淡化的試驗。試驗在2. 2MPa的壓力下， 對高水溫為120℃的海水進行處理。試驗結果表明，海水通過處理后，水質得到很大的提高。試驗表明，結合納濾方法進行海水淡化具有很多顯著的優勢，主要表現在：出水中的離子濃度、微量有機物含量和TDS 均較低，濁度也較小， 同時降低能量消耗約25% —— 30%， 經計算生產成本降低了27%左右；此外，由于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污染問題。
 

　　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，能夠大大地減少了原料水中的有機成分和無機成分。
 

　　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，在新型的膜分離過程具有很高的、潛在的應用價值，如含催化劑的溶劑中催化劑回收的應用、對糖脫色樹脂再生液進行再處理以及過程中水的回用、廢液中回收酸堿、從含重金屬離子的鹽水中回收溴、電廠冷卻水的處理、納濾膜膜生物反應器、有機化工廢液處理等。伴隨新的低分子質量中性及電解質溶質分離體系的出現，NF有望作為重要的膜分離技術應用于水資源的凈化、生化工程，下游產品的分離精制等領域。
 

　　(2)膜材料是NF技術得以廣泛應用的關鍵所在， 目前國內尚無成功應用的NF用膜。NF膜的研究中分離精度的提高是制膜的重要目標，另外膜的耐試劑、耐熱、耐氧化和抗污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目標之一。
 

　　(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。總之，納濾膜分離技術有其獨特的優越性，作為一門新興的、值得矚目的領域，必將有廣闊發展前景。
 

　　原標題：納濾技術在水處理中的應用現狀