納濾膜分離技術(shù)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(yán)重，由此造成的水資源短缺已是人類面臨的嚴(yán)重問(wèn)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(xué)品、酸堿(化工行業(yè)等)，有機(jī)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(zhì)(核工業(yè)等)。其對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人體健康的影響，已是人類面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。

　　膜分離技術(shù)是目前為止人們掌握的最節(jié)能的分離技術(shù)，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(zhì)和酶的分離等方面應(yīng)用，并表現(xiàn)出其較傳統(tǒng)分離技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

　　納濾f NF ) 是介于反滲透( R O) 與超濾( U F ) 之間的種壓力驅(qū)動(dòng)型膜分離技術(shù)。它具有兩個(gè)特性：一是由于膜孔徑為納米級(jí)，對(duì)水中的分子量為數(shù)百的有機(jī)小分子成分具有分離性能;二是大多數(shù)膜帶電荷， 所以對(duì)于不同價(jià)態(tài)的離子存在Do n n a效應(yīng)。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(shù)主要基于篩分效應(yīng)和電荷效應(yīng)人們往往將它和其它分離及生產(chǎn)過(guò)程相結(jié)合， 起到降低處理費(fèi)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(fèi)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(yīng)用。下列舉例納濾膜在水處理當(dāng)中的應(yīng)用：

　　1、自來(lái)水深度處理

　　崔崇威等人依據(jù)大慶水源水質(zhì)特點(diǎn)確定優(yōu)質(zhì)桶裝水的生產(chǎn)工藝為:自來(lái)水—多介質(zhì)過(guò)濾—臭氧化—生物活性碳過(guò)濾—精密過(guò)濾—納濾—臭氧紫外雙重消毒—自動(dòng)化灌裝。納濾濃水水質(zhì)分析表明優(yōu)于原水，提出將其回用于工藝中，結(jié)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(zhì)，同時(shí)提高水的硬度，達(dá)到優(yōu)質(zhì)桶裝水的要求。組合工藝對(duì)有機(jī)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(duì)該地區(qū)水中含量較高的F-有良好的去除效果;陽(yáng)離子截留率按Na+、K+、Mg2+、Ca2+順序遞增，對(duì)高價(jià)離子的去除率大于其對(duì)一價(jià)離子的去除率，對(duì)水中無(wú)機(jī)和有機(jī)污染物都具有獨(dú)特的分離特性。

　　針對(duì)磁場(chǎng)應(yīng)用于自來(lái)水納濾軟化過(guò)程的初步研究表明:與同樣條件下的對(duì)照實(shí)驗(yàn)相比，磁場(chǎng)的存在可以減緩納濾膜通量衰減的速度。對(duì)膜面結(jié)垢的電鏡分析發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)引入納濾膜過(guò)程可導(dǎo)致膜面結(jié)晶形態(tài)的改變。不加磁場(chǎng)的納濾過(guò)程中，膜面上主要生成顆粒狀的方解石;加磁場(chǎng)的納濾過(guò)程中，膜面上針形文石的含量增高，且大多形成團(tuán)簇結(jié)構(gòu)。納濾膜面上針形導(dǎo)磁極后在膜面上以S-N的結(jié)合次序形成鏈狀結(jié)晶。

　　2、地表水處理

　　地表水的成分與其中的化學(xué)物質(zhì)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(guò)程中我們主要去除的是有機(jī)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(duì)象，研究納濾膜組合工藝對(duì)飲用水中可同化有機(jī)碳和致突變物的去除效果。研究表明，納濾膜對(duì)可同化有機(jī)碳的去除率為80%，能確保飲用水的生物穩(wěn)定性，對(duì)致突變物的去除率大于90%，使Ames實(shí)驗(yàn)結(jié)果由陽(yáng)性轉(zhuǎn)為陰性，對(duì)兩地不同原水均能生產(chǎn)出安全優(yōu)質(zhì)的飲用水。

　　3、廢水處理

　　納濾技術(shù)作為一種高效經(jīng)濟(jì)的處理手段，已經(jīng)被應(yīng)用于很多廢水處理工藝當(dāng)中。王昕彤和孫余憑采用TFC-S型納濾膜對(duì)含鎳廢水進(jìn)行回收處理。在試驗(yàn)中研究了試驗(yàn)溫度、操作壓力、進(jìn)料流率和溶液中Ni2+的質(zhì)量濃度對(duì)Ni2+的質(zhì)量截留率和透過(guò)流率的影響。料液中Ni2+的質(zhì)量濃度由30mg/L，經(jīng)過(guò)處理濃縮至17.7g/L，濃液達(dá)到直接回用于鍍槽的要求，99%的透過(guò)液可以達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，并且回收了約99%的鎳。采用NF膜處理含鎳廢水具有流程簡(jiǎn)單、投資小、操作費(fèi)用低、物料分配合理等特點(diǎn)，適用于工業(yè)應(yīng)用。

　　對(duì)應(yīng)用聚合物輔助無(wú)機(jī)膜處理模擬放射性廢水進(jìn)行了研究，比較了相對(duì)分子質(zhì)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(wú)機(jī)膜對(duì)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(shù)可以有效地去除沸水中的Sr2+和Co2+，且當(dāng)采用相對(duì)分子量為100000的聚丙烯酸輔助截留相對(duì)分子量為8000的無(wú)機(jī)膜超濾時(shí)，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(kāi)發(fā)了死端超濾預(yù)處理技術(shù)和反滲透-納濾聯(lián)合脫鹽相結(jié)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(diǎn)。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(duì)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(jìn)行了比較，結(jié)果表明：新工藝的總設(shè)備直接投資費(fèi)分別畢回收率為20%和40%時(shí)的傳統(tǒng)工藝下降20.06%和6.27%。其中，預(yù)處理設(shè)備投資費(fèi)用分別下降43.41%和19%;操作費(fèi)用中的能源費(fèi)分別下降13.33%和7.14%。王玉紅等人選擇了ESNA1型納濾膜對(duì)NaCl、MgCl2、Na2SO4、MgSO4等4種無(wú)機(jī)單鹽水溶液體系進(jìn)行分離實(shí)驗(yàn);考察操作壓力和料液濃度等的變化對(duì)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(duì)ESNA1膜在人工海水和海水軟化脫鹽中的應(yīng)用作了初步探索。無(wú)機(jī)鹽體系脫鹽實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:隨操作壓力升高和料液濃度增大，ESNA1膜對(duì)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(duì)一價(jià)鹽溶液的截留率影響較大，對(duì)二價(jià)鹽溶液的截留率影響較小。人工海水和海水軟化脫鹽試驗(yàn)結(jié)果顯示:ESNA1納濾膜在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(duì)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(yù)處理。