齊宏麗 肖永輝

【摘 要】納濾膜的分離效果介于超濾和反滲透膜之間，納濾過程兼具篩分效應(yīng)和膜面電荷的道南效應(yīng)。納濾對水中大多數(shù)有機物、多價鹽離子具有很高的截留率，但對單價離子截留率較低，因而對單價、多價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，并針對納濾膜在應(yīng)用中存在的問題提出了可行的方法和建議，展望了納濾膜未來的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】納濾；污水處理；膜技術(shù)；工程應(yīng)用

1.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濾技術(shù)，可以高效截留水中的多價鹽和有機污染物，同時結(jié)合其對單價鹽截留率相對較低的特點，納濾對單價、多價離子混合體系具有很好的選擇分離特性，近年來在飲用水軟化、污水深度處理與回用、工業(yè)過程濃縮分離等方面得到了較為廣泛的應(yīng)用[1]。

2.納濾膜的發(fā)展過程

納濾膜起源于20 世紀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”，后來因普遍推測其可能具有1 nm 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)，世界上第一個納濾水廠就是專門針對水質(zhì)軟化的需求而設(shè)立的，其處理對象主要是地下水。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際運行過程中的結(jié)垢污染問題。

3.納濾膜的材質(zhì)、性能特點及膜污染問題

納濾膜產(chǎn)品通常由聚合物支撐層組成的復(fù)合材料設(shè)計制作而成，按照膜結(jié)構(gòu)類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，其中聚酰胺材質(zhì)通常被用于制備納濾膜結(jié)構(gòu)中的薄膜層。

納濾膜通過改變哌嗪的解離度以控制納濾膜對離子的截留性能，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碳（ TOC） 和三鹵代烷（ THM） 前驅(qū)物的去除，對鹽分去除率中等偏低（ Table 1） ； NF200 對除草劑和TOC 具有很高的脫除率； NF90 能夠高度脫除水中的鹽分（ 90%） ，除去除殺蟲劑、除草劑和有機物外，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200 Da 以上的有機物而允許單價鹽透過[3]。

膜污染是膜分離技術(shù)應(yīng)用過程中普遍面臨的問題之一。納濾膜的膜污染對應(yīng)的污染物主要包括有機溶質(zhì)、無機溶質(zhì)、膠體和生物固體類物質(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 、合理的膜組件構(gòu)型設(shè)計和操作方式以及優(yōu)化的工藝設(shè)計、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]。

4.納濾膜在污水處理中的應(yīng)用

4.1城市污水

隨著城市水資源的日益匱乏和日益嚴格的污水排放標(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)工藝已無法滿足達標(biāo)排放甚至污水回用的需求，而經(jīng)過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。

4.2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700～ 1000 Da 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，通過將濃水回流至MBR池的方法可將系統(tǒng)水回收率提高至90%以上，而整個系統(tǒng)對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TOC低于4 mg·L-1，濁度、色度去除率分別高達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)要求的同時有效降低膜污染狀況的發(fā)生。

4.3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工藝清洗液、離子交換樹脂再生液的回收。小分子物質(zhì)和單價鹽可以部分透過納濾膜，而較大分子物質(zhì)則會被截留，如糖類等。在飲料行業(yè)，分裝運輸前的果汁需要先濃縮，減少運輸?shù)捏w積和成本，使用時再將損失的水分補足。

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。

4.4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際開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。中國海洋大學(xué)的潘振江等采用UF+NF 雙膜法組合工藝進行了處理油田采出水的現(xiàn)場試驗研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)UF+NF雙膜系統(tǒng)能在較長的運行周期內(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水水質(zhì)要求。

5.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，同時也受到了限制，包括膜污染問題、濃水處理、不夠徹底的分離效果等?？蓮膬蓚€方面著手：設(shè)計合理的工藝或選擇適宜的膜種類； 建立適合于傳質(zhì)過程的傳質(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)計構(gòu)型的優(yōu)化以及過濾過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】

[1] 陳觀文，許振良，曹義鳴. 2013. 膜技術(shù)新進展與工程應(yīng)用[M]. 北京： 國防工業(yè)出版社

[2] Lee K P，Arnot T C，Mattia D. 2011. A review of reverse osmosis membrane materials for desalination—Development to date and future potential[J]. Journal of Membrane Science，370（ 1） ： 1-22

[3] 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2012 版[M]. USA： 陶氏化學(xué)公司.1-333

[4] 芮玉青，王薇，杜啟云. 2009. 納濾技術(shù)的應(yīng)用進展及存在問題[J].

工業(yè)水處理，29（ 9） ： 15-18

[5] 李昆，魏源送，王健行，等. 2014. 再生水回用的標(biāo)準(zhǔn)比較與技術(shù)經(jīng)濟分析[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報，34（ 07） ： 1635-1653