納濾膜分離技術處理工業(yè)廢水

　　工業(yè)的快速發(fā)展使水環(huán)境受到的污染日益嚴重，由此造成的水資源短缺已是人類面臨的嚴重問題。污水中有80%是工業(yè)廢水，工業(yè)廢水中夾帶許多廢料、中間產(chǎn)品或成品，如：重金屬(冶金、電鍍行業(yè)等)，有毒化學品、酸堿(化工行業(yè)等)，有機物(食品工業(yè)等)，油類(采煉油行業(yè)等)，懸浮物(火電、冶金行業(yè)等)，放射性物質(核工業(yè)等)。其對國民經(jīng)濟和人體健康的影響，已是人類面臨的嚴重問題。

　　膜分離技術是目前為止人們掌握的最節(jié)能的分離技術，已在海水淡化、溶膠及混合液的分離和濃縮、工業(yè)廢水中重金屬離子的去除、飲用水的凈化、蛋白質和酶的分離等方面應用，并表現(xiàn)出其較傳統(tǒng)分離技術的優(yōu)勢。

　　納濾f NF ) 是介于反滲透( R O) 與超濾( U F ) 之間的種壓力驅動型膜分離技術。它具有兩個特性：一是由于膜孔徑為納米級，對水中的分子量為數(shù)百的有機小分子成分具有分離性能;二是大多數(shù)膜帶電荷， 所以對于不同價態(tài)的離子存在Do n n a效應。其操作壓差為 0 . 5 ～2 . 0 MP a f 或 0 . 3 4 5 1 . 0 3 5 MP a ) ， 截留分子量界限為 2 0 0 1 0 0 0 ( 或 2 0 0 ~5 0 0 ) ，用于分子大小約為 l n m的溶解組分的分離。 納濾分離技術主要基于篩分效應和電荷效應人們往往將它和其它分離及生產(chǎn)過程相結合， 起到降低處理費用、 提高分離效果的作用。NF膜在某些方面可替代傳統(tǒng)的費用高、 工藝煩瑣的分離方法 。目前， 已有許多品牌納濾膜在水處理中廣泛應用。下列舉例納濾膜在水處理當中的應用：

　　1、自來水深度處理

　　崔崇威等人依據(jù)大慶水源水質特點確定優(yōu)質桶裝水的生產(chǎn)工藝為:自來水—多介質過濾—臭氧化—生物活性碳過濾—精密過濾—納濾—臭氧紫外雙重消毒—自動化灌裝。納濾濃水水質分析表明優(yōu)于原水，提出將其回用于工藝中，結果表明:納濾濃水的回用可以使桶裝飲用水保留一部分人體所需的礦物質，同時提高水的硬度，達到優(yōu)質桶裝水的要求。組合工藝對有機污染物去除效率較高，出水高錳酸鹽指數(shù)小于110mg/L，效果穩(wěn)定。納濾膜操作壓力低，可使原水部分脫鹽，陰離子截留率按NO3-、Cl-、F-、SO42-

　　順序遞增;尤其對該地區(qū)水中含量較高的F-有良好的去除效果;陽離子截留率按Na+、K+、Mg2+、Ca2+順序遞增，對高價離子的去除率大于其對一價離子的去除率，對水中無機和有機污染物都具有獨特的分離特性。

　　針對磁場應用于自來水納濾軟化過程的初步研究表明:與同樣條件下的對照實驗相比，磁場的存在可以減緩納濾膜通量衰減的速度。對膜面結垢的電鏡分析發(fā)現(xiàn)，磁場引入納濾膜過程可導致膜面結晶形態(tài)的改變。不加磁場的納濾過程中，膜面上主要生成顆粒狀的方解石;加磁場的納濾過程中，膜面上針形文石的含量增高，且大多形成團簇結構。納濾膜面上針形導磁極后在膜面上以S-N的結合次序形成鏈狀結晶。

　　2、地表水處理

　　地表水的成分與其中的化學物質往往隨著季節(jié)的變化或是雨后地表沖積物而變化，雖然在處理地表水的過程中我們主要去除的是有機物而不是硬度，納濾膜仍然是很可靠的選擇之一。分別以太湖水和淮河水為水源的兩地水廠出廠水為研究對象，研究納濾膜組合工藝對飲用水中可同化有機碳和致突變物的去除效果。研究表明，納濾膜對可同化有機碳的去除率為80%，能確保飲用水的生物穩(wěn)定性，對致突變物的去除率大于90%，使Ames實驗結果由陽性轉為陰性，對兩地不同原水均能生產(chǎn)出安全優(yōu)質的飲用水。

　　3、廢水處理

　　納濾技術作為一種高效經(jīng)濟的處理手段，已經(jīng)被應用于很多廢水處理工藝當中。王昕彤和孫余憑采用TFC-S型納濾膜對含鎳廢水進行回收處理。在試驗中研究了試驗溫度、操作壓力、進料流率和溶液中Ni2+的質量濃度對Ni2+的質量截留率和透過流率的影響。料液中Ni2+的質量濃度由30mg/L，經(jīng)過處理濃縮至17.7g/L，濃液達到直接回用于鍍槽的要求，99%的透過液可以達到回用標準，并且回收了約99%的鎳。采用NF膜處理含鎳廢水具有流程簡單、投資小、操作費用低、物料分配合理等特點，適用于工業(yè)應用。

　　對應用聚合物輔助無機膜處理模擬放射性廢水進行了研究，比較了相對分子質量分別為8000、50000、和100000的三種聚丙烯酸和截流分子量為1000、3000、8000的無機膜對模擬放射性廢水的處理效果。研究表明聚合物輔助超濾/納濾技術可以有效地去除沸水中的Sr2+和Co2+，且當采用相對分子量為100000的聚丙烯酸輔助截留相對分子量為8000的無機膜超濾時，去除效果最好。

　　4、海水淡化

　　目前傳統(tǒng)工藝中反滲透海水淡化的回收率小于40%。陳益棠等人研究開發(fā)了死端超濾預處理技術和反滲透-納濾聯(lián)合脫鹽相結合的膜集成海水淡化新工藝，與傳統(tǒng)工藝比較，具有裝置體積小，產(chǎn)水回收率高等優(yōu)點。以沿岸海水為料液，操作壓力1為5.1MP條件下，操作壓力2為2.0MPa條件下，裝置脫鹽率99.21%，產(chǎn)水量397.3L/h產(chǎn)水回收率55%。海水淡化裝置對海水中Ca2+、Mg2+、Na+、HCO3-、Cl-、SO42-、TDS、總堿度、總硬度的去除率分別為99%，99.6%，99.21%，95%，99.35%，98.48，，99.21%，95%，99.4%。與傳統(tǒng)工藝產(chǎn)水成本進行了比較，結果表明：新工藝的總設備直接投資費分別畢回收率為20%和40%時的傳統(tǒng)工藝下降20.06%和6.27%。其中，預處理設備投資費用分別下降43.41%和19%;操作費用中的能源費分別下降13.33%和7.14%。王玉紅等人選擇了ESNA1型納濾膜對NaCl、MgCl2、Na2SO4、MgSO4等4種無機單鹽水溶液體系進行分離實驗;考察操作壓力和料液濃度等的變化對納濾膜分離性能的影響及納濾膜脫鹽的穩(wěn)定性，得到一些納濾膜脫鹽的規(guī)律;并對ESNA1膜在人工海水和海水軟化脫鹽中的應用作了初步探索。無機鹽體系脫鹽實驗結果顯示:隨操作壓力升高和料液濃度增大，ESNA1膜對4種鹽溶液中的離子的截留率分別增大和減小，操作壓力和料液濃度的變化對一價鹽溶液的截留率影響較大，對二價鹽溶液的截留率影響較小。人工海水和海水軟化脫鹽試驗結果顯示:ESNA1納濾膜在實驗過程中穩(wěn)定性好，在較低的操作壓力下膜通量也較高，且ESNA1納濾膜對Ca2+、Mg2+、SO42-離子的截留率均>90%，初步判斷此種納濾膜可用于海水軟化預處理。

　　5、其他應用

　　5.1、藥物濃縮

　　為探索膜分離技術在螺旋霉素(SPM)生產(chǎn)提取中的適用情況，韓少卿等人采用超濾、納濾對工業(yè)生產(chǎn)的螺旋霉素板框過濾液進行處理，實驗結果表明，操作壓力、操作時間及料液流速對超濾過程有很大影響，本實驗所用膜件較好的去除了蛋白等大分子雜質，起到納濾預處理作用;然后采用納濾膜對超濾液進行濃縮純化，操作條件如進料壓力、料液pH、濃縮倍數(shù)及操作方式對納濾過程均有很大影響。應用超濾、納濾技術提取SPM，其收率可達76.3%，大大高于傳統(tǒng)溶媒提取收率，產(chǎn)品質量也符合要求。

　　冉艷紅和陳萬群對涼茶中草藥水提取液進行了納濾濃縮有效成分的研究，證明納濾濃縮涼茶中草藥提取液是可行的。納濾技術提高了產(chǎn)品的收率和質量，大大降低了成本，減少了廢水排放。納濾濃縮前后風味沒有變化。中草藥提取液可溶性固形物從1.5%～2.0%增加到了15%，降低料液濃度、提高溫度、提高壓力可以提高膜通量。兩種膜性能的比較結果表明，在操作條件為溫度28℃，壓力3.3MPa，濃度2.0%的條件下，474膜的濃縮效率較高。

　　5.2、食品工業(yè)

　　胡立新等人利用膜分離技術對牛初乳的加工工藝進行改進，使用微濾膜進行除菌、納濾膜進行濃縮，克服了傳統(tǒng)工藝中殺菌時造成脂肪被氧化，產(chǎn)生異味的缺陷，產(chǎn)品的微生物指標符合國家標準;濃縮過程除去50%的水分，大大降低了冷凍干燥工序中的能耗，符合建設節(jié)約型社會的理念。由于采用膜技術進行“冷殺菌”，低溫濃縮，降低了熱敏性成分的分解，提高了產(chǎn)品的品質。

　　韓少卿等人根據(jù)納濾過程和滲透原理數(shù)學模型，采用一元線性方程推導出料液和滲濾液中葡萄糖、海藻糖濃度與累積滲透體積的指數(shù)曲線，并對糖濃度的實測值和預測值進行比較。經(jīng)過滲濾處理，葡萄糖和海藻糖回收率分別達86.96%和83.64%，而其他低聚糖損失率小于3%，指數(shù)方程能較好預測滲濾過程濃度變化。