納濾膜在污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

1、納濾膜在污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望【摘要】納濾膜的分離效果介于超濾和反滲透膜之間，納濾過(guò)程兼具篩分效應(yīng)和膜面電荷的道南效應(yīng)。納濾對(duì)水中大多數(shù)有機(jī)物、多價(jià)鹽離子具有很高的截留率，但對(duì)單價(jià)離子截留率較低，因而對(duì)單價(jià)、多價(jià)鹽具有良好的選擇分離特性。本文總結(jié)了納濾膜在污水處理中應(yīng)用情況，并針對(duì)納濾膜在應(yīng)用中存在的問(wèn)題提出了可行的方法和建議，展望了納濾膜未來(lái)的發(fā)展方向。【關(guān)鍵詞】納濾；污水處理；膜技術(shù)；工程應(yīng)用前言納濾膜在廢水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望。納濾作為一種介于超濾和反滲透之間的膜過(guò)濾技術(shù)，可以高效截留水中的多價(jià)鹽和有機(jī)污染物，同時(shí)結(jié)合其對(duì)單價(jià)鹽截留率相對(duì)較低的特點(diǎn)，納濾對(duì)單價(jià)、多價(jià)離子混合體系具有

2、很好的選擇分離特性，近年來(lái)在飲用水軟化、污水深度處理與回用、工業(yè)過(guò)程濃縮分離等方面得到了較為廣泛的應(yīng)用1。納濾膜的發(fā)展過(guò)程納濾膜起源于20世紀(jì)70年代，伴隨著低壓反滲透膜（RO的誕生而發(fā)展的一種新型膜技術(shù)。納濾膜最早被稱為“疏松的反滲透膜”或“致密的超濾膜”，后來(lái)因普遍推測(cè)其可能具有1nm左右的孔道而改稱之為“納濾膜”。納濾膜最早應(yīng)用于飲用水處理行業(yè)，世界上第一個(gè)納濾水廠就是專(zhuān)門(mén)針對(duì)水質(zhì)軟化的需求而設(shè)立的，其處理對(duì)象主要是地下水。此外，納濾還被作為海水淡化工藝中反滲透的預(yù)處理工藝，減輕了反滲透膜在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的結(jié)垢污染問(wèn)題。納濾膜的材質(zhì)、性能特點(diǎn)及膜污染問(wèn)題納濾膜產(chǎn)品通常由聚合物支撐層組成的

3、復(fù)合材料設(shè)計(jì)制作而成，按照膜結(jié)構(gòu)類(lèi)型主要有螺旋纏繞卷式結(jié)構(gòu)（SW）、板框式結(jié)構(gòu)、中空纖維結(jié)構(gòu)、毛細(xì)管結(jié)構(gòu)、管式結(jié)構(gòu)，其中螺旋卷式膜結(jié)構(gòu)的膜元件占據(jù)了納濾和反滲透膜全球市場(chǎng)份額的91%2。常用的膜材料主要有聚偏氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）、醋酸纖維素（CA）、聚丙烯（PP）、磺化聚砜（SPS）、磺化聚醚砜（SPES）、聚酰胺（PA）、聚乙烯醇（PVA）和聚氯乙烯（PVC）等，其中聚酰胺材K通常被用于制備納濾膜結(jié)構(gòu)中的薄膜層。納濾膜通過(guò)改變哌嗪的解離度以控制納濾膜對(duì)離子的截留性能，得到適于不同用途的納濾膜產(chǎn)品。例如：NF270產(chǎn)水量高，主要用于水中總有機(jī)碳（TOC）和三鹵代烷（THM）前驅(qū)物

4、的去除，對(duì)鹽分去除率中等偏低（Table1）；NF200對(duì)除草劑和TOC具有很高的脫除率；NF90能夠高度脫除水中的鹽分（90%），除去除殺蟲(chóng)劑、除草劑和有機(jī)物外，還可有效去除硝酸鹽、鐵等離子；NF主要用于工藝物料濃縮，截留分子量200Da以上的有機(jī)物而允許單價(jià)鹽透過(guò)3。膜污染是膜分離技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中普遍面臨的問(wèn)題之一。納濾膜的膜污染對(duì)應(yīng)的污染物主要包括有機(jī)溶質(zhì)、無(wú)機(jī)溶質(zhì)、膠體和生物固體類(lèi)物質(zhì)。根據(jù)處理原水水質(zhì)選擇合理有效的預(yù)處理工藝、選擇合適的納濾膜種類(lèi)、合理的膜組件構(gòu)型設(shè)計(jì)和操作方式以及優(yōu)化的工藝設(shè)計(jì)、適宜高效的膜清洗周期和方式，可有效防止和減輕膜污染4。納濾膜在污水處理中的應(yīng)用城市污水隨著

5、城市水資源的日益匱乏和日益嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的處理工藝已不能滿足城市污水的深度處理和回用的需求，在水回用的驅(qū)動(dòng)力下，膜技術(shù)在城市污水回用中得到了廣泛應(yīng)用和良好的效果。以北京為例，污水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，傳統(tǒng)工藝已無(wú)法滿足達(dá)標(biāo)排放甚至污水回用的需求，而經(jīng)過(guò)納濾深度處理后的污水可以滿足絕大多數(shù)污水回用水水質(zhì)的需求。紡織印染廢水紡織印染行業(yè)中大量使用的染料物質(zhì)分子量通常分布在7001000Da范圍內(nèi)，非常適于納濾膜技術(shù)處理。目前，納濾膜已經(jīng)在紡織廢水的深度處理與回用中取得了一些應(yīng)用。例如，李昆等5采用MBR-NF組合工藝處理紡織廢水厭氧池出水，通過(guò)將濃水回流至MBR池的方法可將系統(tǒng)水回收率提高

6、至90%以上，而整個(gè)系統(tǒng)對(duì)紡織廢水中污染物具有穩(wěn)定高效的去除效果，其中納濾出水TOCf氐于4mg-L-1,濁度、色度去除率分別高達(dá)99.64%和96.41%。此外，混凝/絮凝與納濾膜聯(lián)用、砂濾/微濾與納濾膜聯(lián)用均被證明可在滿足出水水質(zhì)要求的同時(shí)有效降低膜污染狀況的發(fā)生。食品、飲料和乳制品廢水納濾膜在食品、飲料行業(yè)得到了成功的應(yīng)用，主要用于過(guò)程的濃縮、脫鹽以及環(huán)境相關(guān)的水處理，比如：乳清蛋白的濃縮和脫鹽，葡萄糖漿的純化以及對(duì)工藝清洗液、離子交換樹(shù)脂再生液的回收。小分子物質(zhì)和單價(jià)鹽可以部分透過(guò)納濾膜，而較大分子物質(zhì)則會(huì)被截留，如糖類(lèi)等。在飲料行業(yè)，分裝運(yùn)輸前的果汁需要先濃縮，減少運(yùn)輸?shù)捏w積和成本，

7、使用時(shí)再將損失的水分補(bǔ)足。在食用油、乳制品和制糖等其他行業(yè)，納濾膜也有著廣泛的應(yīng)用前景。油田采出水油田采出水約占油田采出液總量的60%-90%這就意味著在很多情況下采出水的總量要比實(shí)際開(kāi)采出的油量高出許多倍。將微濾、超濾、納濾膜、反滲透等膜技術(shù)用于油田產(chǎn)出水的處理與回用已相當(dāng)成熟，并逐步應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。中國(guó)海洋大學(xué)的潘振江等采用UF+NF雙膜法組合工藝進(jìn)行了處理油田采出水的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)UF+N改膜系統(tǒng)能在較長(zhǎng)的運(yùn)行周期內(nèi)保持穩(wěn)定的產(chǎn)水通量，產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)滿足油田注汽鍋爐進(jìn)水水質(zhì)要求。結(jié)論納濾在飲用水處理和食品、化工、石油、制藥等行業(yè)的物料分離和廢水深度處理等方面得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也

8、受到了限制，包括膜污染問(wèn)題、濃水處理、不夠徹底的分離效果等。可從兩個(gè)方面著手：設(shè)計(jì)合理的工藝或選擇適宜的膜種類(lèi)；建立適合于傳質(zhì)過(guò)程的傳質(zhì)模型，優(yōu)化膜性能和處理效果。隨著新型膜材料的研發(fā)、膜組件設(shè)計(jì)構(gòu)型的優(yōu)化以及過(guò)濾過(guò)程的模擬控制的深入研究，納濾膜將在更多的行業(yè)和領(lǐng)域應(yīng)用得到發(fā)展。【參考文獻(xiàn)】陳觀文，許振良，曹義鳴.2013.膜技術(shù)新進(jìn)展與工程應(yīng)用M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社LeeKP，ArnotTC，MattiaD.2011.AreviewofreverseosmosismembranematerialsfordesalinationDevelopmenttodateandfuturepotentialJ.JournalofMembraneScience，370（1）：1-223陶氏化學(xué)公司.2012.FILMTEC反滲透和納濾膜元件產(chǎn)品與技術(shù)手冊(cè)2012版M.USA：陶氏化學(xué)