水厂纳滤工艺的运用分析与研究

水厂纳滤工艺的运用分析与研究

刘浩吴青焦海乐

徐州市市政设计院有限公司

摘要：自来水厂需要对原水进行处理，使其达到居民用水安全要求。常规的水处理工艺主要是降低水的浊度、色度和减少致病微生物。若原水受到污染，一般用臭氧+活性炭工艺来去除有机污染物。这些工艺处理原水的稳定性不佳，会造成水质的二次污染。因此，水厂可在虹吸滤池后增设超滤膜+纳滤膜处理工艺（其中超滤膜起到纳滤膜的进水保障作用），进一步对原水进行深度处理，提高自来水的出水质量，保障居民的饮用水安全。

关键词：水厂；纳滤工艺；运用；研究

膜分离技术是近年来发展迅速，应用广泛的高新技术。与传统的分离技术相比，具有分离效率高、无相变、无化学反应、体积小、能耗低和操作方便等优点。纳滤作为膜分离技术中的一种，是介于超滤和反渗透之间的孔径接近于1nm的新型压力驱动膜技术。它既能截留透过超滤膜的小分子有机物和多价盐离子，又能透析被反渗透所截留的无机盐。基于它自身独特的性能使它在许多领域具有其它膜技术无法替代的地位，因此纳滤成为目前国内外膜分离领域研究的热点之一。

一、自来水厂水常规深度处理工艺应用现状

目前，自来水厂水处理工艺多种多样。常规水处理工艺的主要目的是降低水的浊度、色度，减少致病微生物，这种水处理工艺对有机污染处理效果不佳。一般去除有机污染不到20%，在原水污染较严重的情况下，不能有效清除微污染和大部分污染离子，水质处理达不到我国饮水质量标准。水源污染较重时，自来水厂一般需要在常规水处理工艺后增设深度水处理工艺，进一步净化水质，使其达到饮水质量标准。

水源受到污染的自来水厂对水进行深度处理时.一般需要增设活性炭吸附、臭氧、膜处理等工艺，弥补常规处理的不足.深度去除污染物，尤其是有机污染等微污染。其中应用较多的是颗粒活性炭吸附，它是深度处理自来水的一种重要应用技术，但活性炭在反洗时容易出现跑料现象，使得水的浊度超标，造成操作流程较复杂，需专人管理；水质不好时活性炭更新频率高，费用也会更高。随着水处理工艺的发展.纳虑工艺出现.为自来水厂（特别是水源污染的自来水厂）的深度水处理提供了有效的技术支持。

二、滤膜制备方法

纳滤膜制备有如下几种方法：

①液－固相转化法。使均相制膜液中的溶剂蒸发，或在制膜液中加入非溶剂，或使制膜液中的高分子热凝固，都可使制膜液由液相转为固相。

②转化法。可调节制膜工艺，通过将RO膜表层疏松化或将UF膜表层致密化来制备纳滤膜。A•Y•Tremblay等将羧化聚砜超滤膜用酸处理使膜孔径减小10％～25％制成纳滤膜。

③共混法。将两种或两种以上高聚物进行液相共混，在相转化成膜时调节铸膜液中各组分的相容性差异，利用组分之间的协同效应制成具有纳米级表层孔径的合金纳滤膜。刘淑秀等以CA－CTA混合纤维素为原料制成纳滤膜，并用于阴离子表面活性剂的分离，对SDS的截留率达96％～98％。

④荷电化法。荷电化法是制备纳滤膜的重要方法，通过荷电化不仅可以提高膜的耐压密性、耐酸碱性及抗污染性，而且可以调节膜表面的疏松程度，同时利用道南效应分离不同价态的离子，提高膜的选择性及膜通量，采用荷电化法制纳滤膜的方法主要有：a.荷电材料通过液－固相转化法直接成膜；b.含浸法；c.表面化学改性法；d.界面或就地聚合法。其中较有效的是含浸法，该方法就是将基膜浸入含有荷电材料的溶液中，用光辐射等使其交联成膜。鲁学仁等以聚偏氟乙烯（PVDF）为基膜，用胺与环氧化合物合成的正电性高聚物为荷电剂，采用浸涂法制备了荷正电纳滤膜，该膜在0.6MPa下对0.2％的Na2SO4溶液脱除率为50％～60％，水通量为10～15mL/（cm2/h），对阴极电泳漆的截留率大于95％[4]。

⑤复合法。复合法是目前使用最多，而且较有效的制备纳滤膜的方法，也是生产商品化纳滤膜品种最多、产量最大的方法。包括微孔基膜的制备及超薄表层的制备及复合。

三、纳滤工艺概念及其工作原理

纳滤是一种利用膜分离技术的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以纳滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，纳滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。NF膜早期被称为松散反渗透（LooseRO）膜，是80年代初继典型的RO复合膜之后开发出来的。可这样来论述“纳滤”的概念：适宜于分离分子量在200g/mol以上，分子大小约为1nm的溶解组分的膜工艺。纳滤膜的一个特点是具有离子选择性：具有一价阴离子的盐可以大量渗过膜（但并不是无阻挡的），然而膜对具有多价阴离子的盐（例如硫酸盐和碳酸盐）的截留率则高得多。因此，盐的渗透性主要由阴离子的价态决定。

作为一种新型分离技术，纳滤膜在其分离应用中表现出下列显著特征：一是其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，为150-2000；二是纳滤膜对无机盐有一定的截留率，因为它的表面分离层是由聚电解质所构成，对离子有静电相互作用。三是超低压大通量，即在超低压下（0.1Mpa）仍能工作，并有较大的通量。纳滤膜分离过程无任何化学反应，无需加热，无相转变，不会破坏生物活性，不会改变风味、香味，因而被越来越广泛的应用于饮用水的制备和食品、医药、生物工程、污染治理等行业中的各种分离和浓缩提纯过程。

四、纳滤技术的应用

纳滤膜由于截留的分子量介于超滤与反渗透之间，同时还存在Donnan效应，所以对低分子量有机物和盐的分离有很好的效果。另外，纳滤膜还具有不影响分离物质生物活性、节能、无公害等特点，因此纳滤在国内外废水处理领域、饮用水生产领域、生化医疗领域、食品工业和饮料行业等得到越来越广泛的应用。

1.垃圾渗滤液

垃圾渗滤液的处理一直是世界性难题。目前，主要采用为厌氧好氧等生物处理法，但中后期渗滤液中含有很高浓度的溶解有机质，其中75％为可生化性差的腐植酸和富里酸（平均[8]分子量1000Da），导致生化法出水难以达标排放。与生化法相比，膜分离技术受原水水质的变化影响小，在这种难降解废水的处理中具有明显的优势。张亚军等介绍了纳滤膜技术在柳州垃圾填埋场渗沥液处理工程中的应用，纳滤系统经过近两年的稳定运行表明，垃圾渗沥液经过生化处理后经砂滤、保安滤器等预处理，再经过纳滤膜系统处理，使85％-90％的透过液达标排放，仅10％-15％的浓缩污液和泥浆返回垃圾池，这项工艺较好地解决了垃圾填埋场渗沥液的二次污染问题，并具有较反渗透处理能耗低的优势。

2.冶金工业废水

在金属的加工和合金生产废水中，含有相当高的重金属离子。为了使废水符合排放标准，一般是将这些重金属离子生成氢氧化物沉淀除去。如果采用采用纳滤膜技术处理，不仅可以回收90%以上的废水，而且可使重金属离子浓缩10倍，浓缩后的重金属具有回收利用价值。傅前君2+NF90膜对含CuSO4的废液截留效果很好，采用纳滤对含Cu废水进行试验研究，Cu离子的截留率都在99%以上，出水铜离子质量浓度低于2.0mg/L，可以达标排放或回用A.Hafiarle等于镀件漂洗；浓水经进一步浓缩后也可回用。

结语

随着国家“节能减排”发展策略的不断深入，以及人们环保意识的加强，废水资源再生利用已经成为包括我国在内的世界各国实现水资源可持续发展的重要战略之一。纳滤由于其独特的分离性能使其在水处理领域得到日益广泛的应用。但纳滤还需要很多方面需要优化改进，如在实际运行过程中如何更好的控制膜的污染问题，以保持膜分离性能和通量的稳定性，这需要人们对膜自身的传质机理进一步的深入探究，以开发出新的高通量、耐溶剂、耐酸碱、耐氯和抗污染性强的膜材料；此外膜的成本问题也是阻碍纳滤膜技术进一步推广应用的制约因素，因此，低成本高性能的膜生产必定是以后发展的趋势；最后，开发研制新的膜清洗技术及膜清洗剂以延长膜使用寿命也是亟待解决的问题。随着膜科学技术的不断进步，相信纳滤膜技术目前面对的问题都会逐一解决，那时候它在水处理领域的应用前景必将更加广阔。

参考文献：

[1]庞国安，金虎，王韬，等.膜分离技术在废水处理中的应用[J].科技资讯.2008，11：5-6．

[2]邓建绵，刘金盾，张浩勤，等.纳滤技术在工业废水处理中的应用研究[J].工业水处理.2008，28（04）：10-12.

[3]楼民，俞三传，高从堦.纳滤在水处理中的应用研究进展[J].工业水处理.2008，28（1）：13-17．

[4]王学松．现代膜技术及其应用指南[M]．北京：化学工业出版社，2005：52-64．