納濾膜技術（shù）應用的發展前景

1、前言
納濾(Nanofiltra tion，NF)是介於（yú）超濾與反（fǎn）滲透之間的一種膜分離技術，納濾膜的孔徑為（wéi）幾納米，納（nà）濾技術因此而得名。納濾的研究開始於70年代末J. E. Cado tte的NS - 300膜研究。之後，納濾發展（zhǎn）得很快，膜組器於80年代（dài）中（zhōng）期已經商品化。納濾過程（chéng）與反滲透（tòu）和超濾過程同為壓（yā）力推動的膜過程，但傳質機理不同。一般認為納濾膜為（wéi）溶（róng）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製，還受到電勢梯度的影響（xiǎng）。納濾技術無任何化學反應，無需加熱（rè），無相轉變（biàn），不會破壞（huài）生物活性，不改變風味、香味，因而被越來越廣（guǎng）泛地應用於水處理、食品、醫藥工業（yè）中（zhōng）的各種分離、精（jīng）製和濃縮過程。NF技術（shù）在水處理中（zhōng）的應用主要包（bāo）括：飲用水的淨化、軟化，電（diàn）子、半導體、生物以及醫藥生產領域超純水的製（zhì）備、受汙染表層水（shuǐ）和地下水及工業（yè）廢水（shuǐ）的淨化處理等（děng）。本文從膜法軟化水、工（gōng）業用（yòng）水和生活（huó）汙水的處理等（děng）方麵，係（xì）統地介紹了納濾技術在水（shuǐ）處理方麵的應（yīng）用現狀，並對該技術的應用前景作以展望。
2、飲用水的處理（lǐ）及超純（chún）水的（de）製備（bèi）
2. 1納濾膜法軟化水（shuǐ）：NF膜目前zui大（dà）的應用領域之一就是（shì）飲用水的軟化。在水中，硫酸（suān）和碳酸的鈣、鎂鹽產生了水硬（yìng）度。Film - tech公司NF70膜的主要應用就是水的（de）軟化，由此稱之為“水軟化膜”，它（tā）的操作壓（yā）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（zhǔ）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（jué）於進料（liào）水（shuǐ）質和回收率（lǜ），據滲透水質和水量，選擇膜組件、組件（jiàn）的數量和排列方式，以（yǐ）及相關的操作條件（jiàn）。
膜法軟化水在（zài）美國已很普（pǔ）遍，佛羅裏達州近（jìn）10多（duō）年（nián）來新的（de）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。主要優點是無汙泥、不需再生、*除去懸浮物（wù）和有機物，操作簡便和占地省等，而在投（tóu）資、操作和維修及價格等方麵與常規法相近。根據文獻中NF - 70膜軟化水的數據可知，利用納濾（lǜ）膜法軟（ruǎn）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（wù）)、SO2 -4及CaH(硬度)的脫（tuō）除率均在90%以上，而（ér）TH(總硬度)、TDS及DOC等指標脫除率也（yě）高達80%以上，此外其它離子（zǐ）(如N a+、C l-、Fe2 +等)的脫除率也很（hěn）高。我（wǒ）國北方的水硬度較高，為此，山東（dōng）長島采用卷式納濾裝置，建成了日產140 t的苦鹹水示範工程（chéng）。產（chǎn）水符合國家（jiā）飲用水標準，耗電量隻有1.43kWh /t。另外，在浙江舟山嵊泗島用中空納（nà）濾（lǜ）膜裝置建立了日產24t的苦鹹水（shuǐ）淡化示範工（gōng）程，產水*符（fú）合飲用水標準。
2. 2飲（yǐn）用水淨化：飲用水的汙（wū）染問題愈（yù）來（lái）愈受到人們的關注，美、歐、日等發達國家（jiā）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（shuǐ）淨化的zui有效手段。歐、美等國也（yě）支持了許多膜法（fǎ）(NF)水淨化試驗，效果明顯。地下水或地表（biǎo）水中的汙（wū）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（zhì）癌的。納濾膜分離法可去除消毒的副產物（wù）、痕量的除草劑、殺蟲劑、重金屬、天然有機物及（jí）部分（fèn）硬度、SO2 -4和NO -3等，因而是一個（gè）技術（shù）和經濟（jì）可行、可望替（tì）代傳（chuán）統活性炭吸附分離法（fǎ）的適宜（yí）方法。一般的過程為：進水→預處理(絮凝（níng）、過濾等)→MF(UF)→NF→出水(備（bèi）用（yòng）)。其優點是水質好且穩（wěn）定，化學藥劑用量（liàng）少，占地少，節能，省勞力，易管理和維修，基本（běn）上可*。利用NF膜去除水中農藥，大部分農藥的脫除率均可達（dá）到99%以上。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（duō），其出水完滿足歐共體新近（jìn）頒布的有關消毒（dú）副產物的指標要求，出水有機碳(TOC )低於0. 2mg /L——0. 3mg /L，生物（wù）穩定性好，能有效地防止（zhǐ）輸水管網中細菌的繁殖。我國李靈芝等采用納濾膜（mó）循環工藝以汙染嚴（yán）重的淮河水為源水進行（háng）深度處理試驗，結果表明，該工藝可以（yǐ）有效去（qù）除水中的NH+4、N、N 0-2、TOC、致突變物等雜質，獲（huò）得安（ān）全、合格的飲（yǐn）用水。
2. 3超純水的製備：在電子（zǐ）、半導體、生物以（yǐ）及一些醫藥生產領域，對（duì）超純水的水質要求很（hěn）高，水中既（jì）無雜質（zhì）顆粒、細菌殘屍，並且TOC要少於5μg /g，用離子交換技術TOC僅能達到（dào）30μg /g。而具有低接觸角的（de）帶（dài）負電性的納（nà）濾膜，能夠很好地（dì）降低TOC含量（liàng）。通常采用（yòng）多級納濾（lǜ）膜（mó）分離技術達到超純水要求。
3、工（gōng）農業廢（fèi）液處（chù）理和再利用（yòng）
3. 1脫除（chú）三鹵化物（wù）(THMS)：隨著工業廢水和農業排放水進入地下，水中的有（yǒu）機物（wù）含量增加，這些有（yǒu）機（jī）物容易（yì）與水處理（lǐ）過程中的（de）氯反應生成致癌性物質——THMS(三（sān）鹵化物)。NF膜能夠有效的去除這些有機（jī）物質。在美（měi）國佛（fó）羅裏達州的某郡，利用NF膜脫除飲用水中97%的有機鹵，總（zǒng）TOC含量（liàng）可降低90%以上。
3. 2乳清脫鹽：乳清含有4%——6%NaC l、6%的（de）固體，BOD達45000mg /L，排（pái）放則（zé）是極嚴重的汙染源。用NF處理，可（kě）溶鹽在滲透液中，可再循環或排放（fàng），截留物可加到常規乳清中。該工（gōng）藝不（bú）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：製革廢（fèi）水中大量鉻鹽引起嚴重的排放問題，CassanoA等用（yòng）納（nà）濾法處理製革廢（fèi）水，從而使鉻鹽回（huí）用，不僅提高了經濟效益，同時保（bǎo）護了環境。半導體生（shēng）產廢水中含有大量致癌（ái）物質——銦及（jí）其化合物，M ing wu等（děng）提出了用納濾膜分離技術對工業廢水中的銦離子進行分（fèn）離，考查了三種（zhǒng）納（nà）濾膜(NTR7450，ES10和ES10C )在不同的操作條件下的性（xìng）能。試（shì）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，由於（yú）汙水排放對環境的影響，木漿漂白（bái）過程麵臨著嚴峻的挑戰。TOX和主要的小分子EOX是主要（yào）的汙染物。M aria Joao Rosa等考（kǎo）察了微濾和納濾技術在處理兩種不同漂白工序排放（fàng）水的效果，來（lái）減（jiǎn）少TOX和二烯烴衍生物(E I)的含量，結果表明，納濾膜對（duì）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（chú）紡織工業（yè）廢水的顏色和COD。試驗顯示了納濾膜技術的（de）應用在紡織業工業廢水的重複利用上很有前（qián）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. 5二級汙水的（de）深度處理：Tan等（děng）的研究結果表明如果結合砂濾，NF對處理二（èr）級（jí）廢水非常有效（xiào）。砂濾（lǜ）能減少在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（wù），降低顏色深度，脫除大量的可溶性有機物質（zhì），減（jiǎn）少了形成（chéng）THM的前體物。主（zhǔ）要流程包（bāo）括前段的（de）常規處理（lǐ），如絮凝沉降、過濾、消毒等，以及後段（duàn）的膜法（fǎ），包括納濾。所產水可用於工業過程用水，地下水回注水，灌（guàn）溉用水及路麵和廁（cè）所衝洗用水等，這一發展（zhǎn）趨（qū）勢是很明（míng）顯的（de）。
4、生活汙水的處理：生活汙水一般用生物降解和化學氧化法相結合處理（lǐ），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（néng）生物降（jiàng）解（jiě）的大分子(MW >100)，再進化學氧化器後再去生（shēng）物降（jiàng）解（jiě），這樣就可充分利用生物降解作（zuò）用，節約氧化劑（jì）或活性炭用量，降低zui終殘留物含量。
5、海水及（jí）苦（kǔ）鹹水的淡化：在海水或苦鹹水的淡化過程中，通常需（xū）要對（duì）海水或（huò）苦鹹水進行預處理。目前（qián）已有（yǒu）人提出海水淡化（huà）中，在反滲透階段之前（qián）采用納濾進（jìn）行預（yù）處理，從而提高淡化水（shuǐ）的產量，降低成本，並且有效解決了傳統海水淡化法對環（huán）境的汙染問（wèn）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zui高水溫為120℃的海水進行處理。試驗結果（guǒ）表明，海水通過處理後（hòu），水質得到很大的提高。試驗表明，結（jié）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（dù）也（yě）較小（xiǎo），同時降低能量（liàng）消耗約25%——30%，經計算生產（chǎn）成（chéng）本降低了27%左右；此外，由於（yú）試驗過程中（zhōng）不添加酸、防垢劑和防沫劑（jì）等化學藥品，從而有效地解（jiě）決（jué）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（nà）濾（lǜ）裝置，在自然條件下，對水進行處理。試驗結果顯（xiǎn）示，這兩個過程的結合，能夠大大地減少了原料水中的有機（jī）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（xíng）膜分離技術和分離手段，在新型的膜分離過程（chéng）具有很高的、潛在的應用價值，如含催化劑的（de）溶劑中催化劑（jì）回收的應用、對糖脫色樹脂再生液進行再處（chù）理以及過程中（zhōng）水的回用、廢液中回收酸堿、從（cóng）含（hán）重金屬離子的（de）鹽水中回收溴、電廠冷（lěng）卻水的處理（lǐ）、納濾膜膜生物反應器、有機化工廢液處理（lǐ）等。伴（bàn）隨新的低分子質量中性及電解質溶質分離體係（xì）的出現，NF有（yǒu）望作為重（chóng）要的膜分離（lí）技術應用於水資源（yuán）的淨化（huà）、生化工程，下遊產品的分離精製等領域。
（2）膜材料是NF技（jì）術得以廣泛應用的關鍵所在，目前國（guó）內（nèi）尚無成功應用的NF用膜。NF膜的研究中分離（lí）精度的提高是製膜的重（chóng）要目標，另外膜的耐試劑、耐熱、耐氧化和抗汙染等性能的提高（gāo）仍有待（dài）解決，低壓高（gāo）通量也一直是所追求的（de）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（jǐng）。總之，納濾膜分離技術有其*的*性，作為一門新（xīn）興的、值得矚（zhǔ）目的領域，必（bì）將（jiāng）有廣闊發展前景（jǐng）。