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納濾(Nanofiltra tion, NF)是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術(shù), 納濾膜的孔徑為幾納米, 納濾技術(shù)因此而得名。納濾的研究開(kāi)始于70 年代末J. E. Cado tte的NS - 300膜研究。之后, 納濾發(fā)展得很快, 膜組器于80年代中期已經(jīng)商品化。納濾過(guò)程與反滲透和超濾過(guò)程同為壓力推動(dòng)的膜過(guò)程, 但傳質(zhì)機(jī)理不同。一般認(rèn)為納濾膜為溶解-擴(kuò)散方式;同時(shí)大多數(shù)納濾膜為荷電型, 其對(duì)無(wú)機(jī)鹽的分離行為不僅由化學(xué)梯度控制, 還受到電勢(shì)梯度的影響。納濾技術(shù)無(wú)任何化學(xué)反應(yīng), 無(wú)需加熱, 無(wú)相轉(zhuǎn)變, 不會(huì)破壞生物活性, 不改變風(fēng)味、香味,因而被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于水處理、食品、醫(yī)藥工業(yè)中的各種分離、精制和濃縮過(guò)程。NF技術(shù)在水處理中的應(yīng)用主要包括:飲用水的凈化、軟化, 電子、半導(dǎo)體、生物以及醫(yī)藥生產(chǎn)領(lǐng)域超純水的制備、受污染表層水和地下水及工業(yè)廢水的凈化處理等。本文從膜法軟化水、工業(yè)用水和生活污水的處理等方面, 系統(tǒng)地介紹了納濾技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用現(xiàn)狀, 并對(duì)該技術(shù)的應(yīng)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膜目前最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一就是飲用水的軟化。在水中, 硫酸和碳酸的鈣、鎂鹽產(chǎn)生了水硬度。Film - tech 公司NF70膜的主要應(yīng)用就是水的軟化, 由此稱(chēng)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(jià)離子。膜法軟化水主要考慮的因素有進(jìn)料水質(zhì)、滲透水質(zhì)和回收率。是否加酸和防垢劑取決于進(jìn)料水質(zhì)和回收率, 據(jù)滲透水質(zhì)和水量, 選擇膜組件、組件的數(shù)量和排列方式, 以及相關(guān)的操作條件?；具^(guò)程如圖1所示。  膜法軟化水在美國(guó)已很普遍, 佛羅里達(dá)州近10多年來(lái)新的軟化水廠都采用膜法軟化 , 代替常規(guī)的石灰軟化和離子交換過(guò)程。主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)污泥、不需再生、完全除去懸浮物和有機(jī)物, 操作簡(jiǎn)便和占地省等, 而在投資、操作和維修及價(jià)格等方面與常規(guī)法相近。根據(jù)文獻(xiàn)中NF - 70 膜軟化水的數(shù)據(jù)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(biāo)脫除率也高達(dá)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(guó)北方的水硬度較高, 為此, 山東長(zhǎng)島采用卷式納濾裝置, 建成了日產(chǎn)140 t的苦咸水示范工程。產(chǎn)水符合國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn), 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(chǎn)24t的苦咸水淡化示范工程 , 產(chǎn)水完全符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。 2. 2飲用水凈化:飲用水的污染問(wèn)題愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注, 美、歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家都有改善水質(zhì)的計(jì)劃, 如日本的MAC -2 l計(jì)劃和新MAC - 21 計(jì)劃, 將膜技術(shù)作為水凈化的最有效手段。歐、美等國(guó)也支持了許多膜法(NF)水凈化試驗(yàn), 效果明顯。地下水或地表水中的污染物質(zhì)主要是分子質(zhì)量為幾百的殺蟲(chóng)劑、除草劑以及因消毒而造成的過(guò)量有機(jī)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(chǎn)物、痕量的除草劑、殺蟲(chóng)劑、重金屬、天然有機(jī)物及部分硬度、SO2 -4 和NO -3 等, 因而是一個(gè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行、可望替代傳統(tǒng)活性炭吸附分離法的適宜方法。一般的過(guò)程為 :進(jìn)水→預(yù)處理(絮凝、過(guò)濾等)→MF(UF)→NF→出水(備用)。其優(yōu)點(diǎn)是水質(zhì)好且穩(wěn)定, 化學(xué)藥劑用量少, 占地少, 節(jié)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(nóng)藥, 大部分農(nóng)藥的脫除率均可達(dá)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(guó)巴黎市郊的一座產(chǎn)水量達(dá)140000m3 /d的納濾膜生產(chǎn)飲用水的水廠, 已成功運(yùn)轉(zhuǎn)2年多, 其出水完全能滿(mǎn)足歐共體新近頒布的有關(guān)消毒副產(chǎn)物的指標(biāo)要求, 出水有機(jī)碳(TOC )低于0. 2mg /L ～ 0. 3mg /L, 生物穩(wěn)定性好, 能有效地防止輸水管網(wǎng)中細(xì)菌的繁殖。我國(guó)李靈芝等采用納濾膜循環(huán)工藝以污染嚴(yán)重的淮河水為源水進(jìn)行深度處理試驗(yàn), 結(jié)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(zhì), 獲得安全、合格的飲用水。 2. 3超純水的制備:在電子、半導(dǎo)體、生物以及一些醫(yī)藥生產(chǎn)領(lǐng)域,對(duì)超純水的水質(zhì)要求很高, 水中既無(wú)雜質(zhì)顆粒、細(xì)菌殘尸, 并且TOC 要少于5μg /g, 用離子交換技術(shù)TOC僅能達(dá)到30μg /g。而具有低接觸角的帶負(fù)電性的納濾膜, 能夠很好地降低TOC 含量。通常采用多級(jí)納濾膜分離技術(shù)達(dá)到超純水要求。 3工農(nóng)業(yè)廢液處理和再利用 3. 1脫除三鹵化物(THMS):隨著工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)排放水進(jìn)入地下, 水中的有機(jī)物含量增加, 這些有機(jī)物容易與水處理過(guò)程中的氯反應(yīng)生成致癌性物質(zhì)——— THMS (三鹵化物)。NF膜能夠有效的去除這些有機(jī)物質(zhì)。在美國(guó)佛羅里達(dá)州的某郡, 利用NF膜脫除飲用水中97%的有機(jī)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(dá)45000mg /L,排放則是極嚴(yán)重的污染源。用NF 處理, 可溶鹽在滲透液中, 可再循環(huán)或排放,截留物可加到常規(guī)乳清中。該工藝不僅解決了廢水排放問(wèn)題, 而且效益明顯,流程如圖2所示。  3. 3含鉻\銦廢水的處理乳:制革廢水中大量鉻鹽引起嚴(yán)重的排放問(wèn)題,C assanoA等用納濾法處理制革廢水, 從而使鉻鹽回用, 不僅提高了經(jīng)濟(jì)效益, 同時(shí)保護(hù)了環(huán)境, 工藝過(guò)程如圖3所示。  半導(dǎo)體生產(chǎn)廢水中含有大量致癌物質(zhì)———銦及其化合物,M ing wu 等首次提出了用納濾膜分離技術(shù)對(duì)工業(yè)廢水中的銦離子進(jìn)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(yàn)結(jié)果表明:在非酸性條件下, 納濾膜能夠有效地脫除半導(dǎo)體廢水中的銦離子。 3. 4造紙和紡織工業(yè)廢水的處理：目前, 由于污水排放對(duì)環(huán)境的影響, 木漿漂白過(guò)程面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。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(shù)在處理兩種不同漂白工序排放水的效果, 來(lái)減少TOX和二烯烴衍生物(E I)的含量, 結(jié)果表明, 納濾膜對(duì)TOX 和E I的去除率分別高達(dá)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(yè)廢水的顏色和COD。試驗(yàn)顯示了納濾膜技術(shù)的應(yīng)用在紡織業(yè)工業(yè)廢水的重復(fù)利用上很有前景:DK 1073, NF45對(duì)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)污水的深度處理：Tan等的研究結(jié)果表明如果結(jié)合砂濾, NF對(duì)處理二級(jí)廢水非常有效。砂濾能減少在NF 膜表面易結(jié)垢的有機(jī)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(jī)物質(zhì), 減少了形成THM 的前體物。 主要流程包括前段的常規(guī)處理, 如絮凝沉降、過(guò)濾、消毒等, 以及后段的膜法, 包括納濾。所產(chǎn)水可用于工業(yè)過(guò)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(fā)展趨勢(shì)是很明顯的。圖4為其示意流程圖。  |
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