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。

1、飲用水的處理及超純水的制備

1.1、納濾膜法軟化水：NF膜目前*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�；�本過(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)。

1.2、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*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。

1.3、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。