納濾在水處理中的應用現狀及展望

車鳴

摘要：納濾技術是一種新型的膜分離技術，具有孔徑細、分離效果好的特點，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鹽與有機物，因此被廣泛應用于水處理中。納濾膜的應用，有效的減少了水中的大分子物質及雜質，提高了廢水的回用率，緩解了我國水資源緊張的壓力。本文總結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用現狀，并對納濾膜未來的發展方向提出了展望。

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

1納濾膜技術及機理

1.1納濾膜技術

納濾膜是與20世紀80年代發展起來的一種新型膜分離技術，擁有納米級孔徑結構，是介于超濾與反滲透之間的過濾技術。與超濾相比較，納濾膜的膜孔徑更加精細，可以達到納米級別（10m），孔徑通常為0.5-1nm，對離子的截留率更高，可以對分子量不同的有機物進行選擇性分離，尤其是對容易結垢的二價離子和多價離子，因此可以用于處理單價離子和多價離子的混合體系。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，對鹽的截留率高達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納濾膜作用機理

納濾膜納濾分離的主要機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系。當溶液通過膜孔時，如果粒徑小于納濾膜的孔徑是，則溶質可以通過納濾膜的表面;而溶質的粒徑如果大于膜孔徑則溶質可被截留。電荷作用是指納濾膜表面是帶有電荷的，對不同電荷和不同價態的離子表現出不同的道南電位。納濾膜上的電荷與溶液中帶電的粒子之間產生靜電排斥力導致溶質被截留下來。膜表面所帶電荷越多對離子的去除效果越好，尤其是對二價離子及多價離子的去除。

2納濾膜在飲用水處理中的應用

飲用水安全問題一直是廣大人民群眾所關心的熱點之一，隨著社會經濟的不斷發展，人們對飲用水的水質要求也不斷提高，傳統的”混凝、沉淀、過濾、消毒”的處理方法已經無法滿足人民日益提高的水質要求，而且消毒之后所產生的副產物具有“三致”效應也難以解決。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物和色度，達到軟化水質的目的。

應用NF進行飲用水的軟化是納濾膜最主要的應用之一。水中過量的Ca2+、Mg2+會增加水的硬度，過量的鈣、鎂離子對人體會造成危害，如結石等，而納濾膜可以去除絕大多數的Ca2+、Mg2+。張顯求等人在利用NF對二價離子（Ca2+，Mg2+，SO42-）的高截留性和對單價離子（K+，Na+，Cl-）的低截留特性，實現了飲用水軟化而不是完全脫鹽，滿足了許多領域對軟化水的要求，經過納濾膜也均能達到飲用水的水質標準。

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廢水的排放，飲用水也會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污染物、三鹵甲烷等消毒副產物、細菌、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用

3.1垃圾滲瀝液

外置式管式膜生物反應器的出水再進入納濾系統中，通過納濾膜來處理滲瀝液中大分子量的有機物、氨氮，同時進一步進行脫鹽處理。該納濾膜系統采用的是卷式有機復合膜，工作壓力為1.3MPa左右。納濾的出水經調節后進人反滲透系統，該反滲透系統采用的是卷式有機復合膜，工作壓力為2.3MPa左右。該工藝試運行3個月后監測發現，雖然實際運行中的進水COD濃度和NH3-N、TN分別高于垃圾滲濾液設計進水中相應污染物的濃度。

3.2稠油采出水

稠油熱采技術是通過一些措施，對油層進行升溫、稠油降黏的技術方法。蒸汽吞吐是稠油熱采技術方法之一，通過向油井中注入大量蒸汽，關閉油井數天后進行開井開采，最后進行油水分離，因此會產生大量的稠油污水。稠油采出水具有鈣鎂離子含量高、硅含量高，同時含油、含懸浮物高的特點。

采用微濾與納濾組合工藝進行了處理油田采出水的試驗研究，經實驗發現，微濾膜預處理對水中油的去除效果良好，滿足NF進水水質要求，之后應用納濾膜系統進行處理。。在試驗周期內，雙膜組合工藝對硬度去除率為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指標滿足油田注汽鍋爐進水水質要求，同時，納濾膜具有低操作壓力、高效率處理效果、低運行成本的優點，在稠油采出水處理回用方面具有很好的應用前景。

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處理過程，不僅可以去除一些高鹽度和難降解有機染料，還可以對一些有價值的物質（比如一些稀有金屬）進行回收。通常以微濾膜作為預處理，經過處理的出水可以達到納濾和反滲透膜對進水要求，還可以有效緩解了膜污染問題，增加膜使用壽命。應用超濾與納濾的組合工藝對工業生產中的還原染料廢水和活性染料廢水進行處理，其中應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。結果表明采用超濾膜處理還原染料廢水后的出水水質能夠滿足印染廠內回用水質要求;通過納濾膜處理后的活性染料廢水濃縮倍數能達到9倍，回用水回收率高達到88.9%，有很好的染料回收效果。

4結語與展望

納濾膜作為一種新型的膜分離技術，由于其分離效果好，比反滲透膜更節約能源等特點被廣泛應用與飲用水處理、食品、化工、制藥等領域。但與此同時，納濾膜的一些不足與缺點也限制了其在工業中的應用。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雜與嚴重、納濾膜的分離效果不夠徹底，對單價鹽的截留問題、以及納濾膜處理后濃水的分離與處理問題等等。