納濾在水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

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摘要：納濾技術(shù)是一種新型的膜分離技術(shù)，具有孔徑細(xì)、分離效果好的特點(diǎn)，其分離效果介于超濾與反滲透之間，可以高效的截留水中的多價(jià)鹽與有機(jī)物，因此被廣泛應(yīng)用于水處理中。納濾膜的應(yīng)用，有效的減少了水中的大分子物質(zhì)及雜質(zhì)，提高了廢水的回用率，緩解了我國(guó)水資源緊張的壓力。本文總結(jié)了納濾膜在飲用水凈化、垃圾滲瀝液、稠油采出水以及印染廢水中的研究應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)納濾膜未來的發(fā)展方向提出了展望。

膜分離技術(shù)作為一種新型的水處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用于飲用水處理和污水處理等很多領(lǐng)域，應(yīng)用納濾膜也是目前水處理研究的熱點(diǎn)之一。本文介紹了納濾膜的性能特點(diǎn)，總結(jié)了在飲用水處理、污水深度處理等方面的應(yīng)用以及存在的問題和未來發(fā)展。

1納濾膜技術(shù)及機(jī)理

1.1納濾膜技術(shù)

納濾膜是與20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新型膜分離技術(shù)，擁有納米級(jí)孔徑結(jié)構(gòu)，是介于超濾與反滲透之間的過濾技術(shù)。與超濾相比較，納濾膜的膜孔徑更加精細(xì)，可以達(dá)到納米級(jí)別（10m），孔徑通常為0.5-1nm，對(duì)離子的截留率更高，可以對(duì)分子量不同的有機(jī)物進(jìn)行選擇性分離，尤其是對(duì)容易結(jié)垢的二價(jià)離子和多價(jià)離子，因此可以用于處理單價(jià)離子和多價(jià)離子的混合體系。與反滲透相比，納濾膜截留的分子量通常在150-2000Da，而反滲透能截留的分子量在50Da以下，對(duì)鹽的截留率高達(dá)90%以上。而且納濾膜的工作壓力要低于反滲透膜，其操作壓力一般低于10MPa。

1.2納濾膜作用機(jī)理

納濾膜納濾分離的主要機(jī)制為篩分作用和電荷作用。篩分作用主要是決定于膜孔徑的大小以及截留粒子大小之間的關(guān)系。當(dāng)溶液通過膜孔時(shí)，如果粒徑小于納濾膜的孔徑是，則溶質(zhì)可以通過納濾膜的表面;而溶質(zhì)的粒徑如果大于膜孔徑則溶質(zhì)可被截留。電荷作用是指納濾膜表面是帶有電荷的，對(duì)不同電荷和不同價(jià)態(tài)的離子表現(xiàn)出不同的道南電位。納濾膜上的電荷與溶液中帶電的粒子之間產(chǎn)生靜電排斥力導(dǎo)致溶質(zhì)被截留下來。膜表面所帶電荷越多對(duì)離子的去除效果越好，尤其是對(duì)二價(jià)離子及多價(jià)離子的去除。

2納濾膜在飲用水處理中的應(yīng)用

飲用水安全問題一直是廣大人民群眾所關(guān)心的熱點(diǎn)之一，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)飲用水的水質(zhì)要求也不斷提高，傳統(tǒng)的”混凝、沉淀、過濾、消毒”的處理方法已經(jīng)無法滿足人民日益提高的水質(zhì)要求，而且消毒之后所產(chǎn)生的副產(chǎn)物具有“三致”效應(yīng)也難以解決。城市的給水水源在不同程度上均受到污染，研究表明納濾膜可以有效地去除水中的有機(jī)物和色度，達(dá)到軟化水質(zhì)的目的。

應(yīng)用NF進(jìn)行飲用水的軟化是納濾膜最主要的應(yīng)用之一。水中過量的Ca2+、Mg2+會(huì)增加水的硬度，過量的鈣、鎂離子對(duì)人體會(huì)造成危害，如結(jié)石等，而納濾膜可以去除絕大多數(shù)的Ca2+、Mg2+。張顯求等人在利用NF對(duì)二價(jià)離子（Ca2+，Mg2+，SO42-）的高截留性和對(duì)單價(jià)離子（K+，Na+，Cl-）的低截留特性，實(shí)現(xiàn)了飲用水軟化而不是完全脫鹽，滿足了許多領(lǐng)域?qū)浕囊螅?jīng)過納濾膜也均能達(dá)到飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

納濾膜還可以用于飲用水的深度處理中。由于生活污水和工業(yè)廢水的排放，飲用水也會(huì)直接或間接地收到污染，而納濾在飲用水的深度處理中可以用于去除有毒有害的有機(jī)污染物、三鹵甲烷等消毒副產(chǎn)物、細(xì)菌、微囊藻毒素、某些病原微生物以及重金屬等。

3納濾膜在污水深度處理中的應(yīng)用

3.1垃圾滲瀝液

外置式管式膜生物反應(yīng)器的出水再進(jìn)入納濾系統(tǒng)中，通過納濾膜來處理滲瀝液中大分子量的有機(jī)物、氨氮，同時(shí)進(jìn)一步進(jìn)行脫鹽處理。該納濾膜系統(tǒng)采用的是卷式有機(jī)復(fù)合膜，工作壓力為1.3MPa左右。納濾的出水經(jīng)調(diào)節(jié)后進(jìn)人反滲透系統(tǒng)，該反滲透系統(tǒng)采用的是卷式有機(jī)復(fù)合膜，工作壓力為2.3MPa左右。該工藝試運(yùn)行3個(gè)月后監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，雖然實(shí)際運(yùn)行中的進(jìn)水COD濃度和NH3-N、TN分別高于垃圾滲濾液設(shè)計(jì)進(jìn)水中相應(yīng)污染物的濃度。

3.2稠油采出水

稠油熱采技術(shù)是通過一些措施，對(duì)油層進(jìn)行升溫、稠油降黏的技術(shù)方法。蒸汽吞吐是稠油熱采技術(shù)方法之一，通過向油井中注入大量蒸汽，關(guān)閉油井?dāng)?shù)天后進(jìn)行開井開采，最后進(jìn)行油水分離，因此會(huì)產(chǎn)生大量的稠油污水。稠油采出水具有鈣鎂離子含量高、硅含量高，同時(shí)含油、含懸浮物高的特點(diǎn)。

采用微濾與納濾組合工藝進(jìn)行了處理油田采出水的試驗(yàn)研究，經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，微濾膜預(yù)處理對(duì)水中油的去除效果良好，滿足NF進(jìn)水水質(zhì)要求，之后應(yīng)用納濾膜系統(tǒng)進(jìn)行處理。。在試驗(yàn)周期內(nèi)，雙膜組合工藝對(duì)硬度去除率為97.37%-98.60%、TDS去除率為98.06%-98.51%、SS的去除率96.67%-98.78%，COD去除率為91%。雖然COD的去除率偏低，但雙膜組合工藝的出水水質(zhì)指標(biāo)滿足油田注汽鍋爐進(jìn)水水質(zhì)要求，同時(shí)，納濾膜具有低操作壓力、高效率處理效果、低運(yùn)行成本的優(yōu)點(diǎn)，在稠油采出水處理回用方面具有很好的應(yīng)用前景。

3.3印染廢水

組合膜工藝尤其是納濾或反滲透膜作為高級(jí)處理過程，不僅可以去除一些高鹽度和難降解有機(jī)染料，還可以對(duì)一些有價(jià)值的物質(zhì)（比如一些稀有金屬）進(jìn)行回收。通常以微濾膜作為預(yù)處理，經(jīng)過處理的出水可以達(dá)到納濾和反滲透膜對(duì)進(jìn)水要求，還可以有效緩解了膜污染問題，增加膜使用壽命。應(yīng)用超濾與納濾的組合工藝對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的還原染料廢水和活性染料廢水進(jìn)行處理，其中應(yīng)用的超濾膜和納濾膜分別為PVDF超濾膜和芳香族聚酰胺納濾膜。結(jié)果表明采用超濾膜處理還原染料廢水后的出水水質(zhì)能夠滿足印染廠內(nèi)回用水質(zhì)要求;通過納濾膜處理后的活性染料廢水濃縮倍數(shù)能達(dá)到9倍，回用水回收率高達(dá)到88.9%，有很好的染料回收效果。

4結(jié)語與展望

納濾膜作為一種新型的膜分離技術(shù)，由于其分離效果好，比反滲透膜更節(jié)約能源等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用與飲用水處理、食品、化工、制藥等領(lǐng)域。但與此同時(shí)，納濾膜的一些不足與缺點(diǎn)也限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用。比如納濾膜由于帶有電荷所以膜污染問題要比其他膜更復(fù)雜與嚴(yán)重、納濾膜的分離效果不夠徹底，對(duì)單價(jià)鹽的截留問題、以及納濾膜處理后濃水的分離與處理問題等等。