纳滤应用发展

纳滤分离作为一项新型的膜分离技术，技术原理近似机械筛分。但是纳滤膜本体带有电荷性。这是它在很低压力下仍具有较高脱盐性能和截留分子量为数百的膜也可脱除无机盐的重要原因。纳滤分离愈来愈广泛地应用于电子、食品和医药等行业，诸如超纯水制备、果汁高度浓缩、多肽和氨基酸分离、抗生素浓缩与纯化、乳清蛋白浓缩、纳滤膜-生化反应器耦合等实际分离过程中。与超滤或反渗透相比，纳滤过程对单价离子和分子量低于200的有机物截留较差，而对二价或多价离子及分子量介于200～500之间的有机物有较高脱除率，基于这一特性，纳滤过程主要应用于水的软化、净化以及相对分子质量在百级的物质的分离、分级和浓缩（如染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程产物的分级和浓缩）、脱色和去异味等。主要用于饮用水中脱除Ca、Mg离子等硬度成分、三卤甲烷中间体、异味、色度、农药、合成洗涤剂，可溶性有机物，及蒸发残留物质。随着对环境保护和资源综合利用认识的不断提高，人们希望在治理废水的同时实现有价物质的回收，比如：大豆乳清废液中含有1%左右的低聚糖和少量的盐，亚硫酸盐法制备化纤浆和造纸浆过程出现的亚硫酸钙废液中含有2%～2.5%的六碳糖和五碳糖，制糖工业中出现的废糖蜜中含有少量的盐等等。NF分离是一种绿色水处理技术，在某些方面可以替代传统费用高，工艺繁琐的污水处理方 法.其技术特点是:能截留分子量大于100的有机物以及多价离子，允许小分子有机物和单 价离子透过；可在高温，酸，碱等苛刻条件下运行，耐污染；运行压力低，膜通量高，装置 运行费用低；可以和其他污水处理过程相结合以进一步降低费用和提高处理效果.在水处理 中，NF膜主要用于含溶剂废水的处理，能有效地去除水中的色度，硬度和异味.NF膜以其特殊的分离性能已成功地应用于制糖，制浆造纸，电镀，机械加工以及化工反应催化剂的回收等行业的废水处理。

NF膜对水中分子量为几百的有机小分子具有分离性能，对色度，硬度和异味有很好的去除 能力，并且操作压力低，水通量大，因而将在水处理领域发挥巨大的作用.目前，在NF膜 的制备，表征和分离机理方面，还有大量的技术问题需要解决，尚需要开发廉价而性能优良 的膜，并能提供给用户各种准确的膜性能参数，这些都是纳滤技术在废水处理及其他应用中的关键.纳米TiO2光催化氧化技术介绍了纳米科技特别是纳米TiO2光催化氧化技术和纳滤膜技术的原理及其在水处理中的作用及应用方法，认为崭新的纳米水处理技术的应用已为期不远.纳米科技研究在0.1～100 nm尺度范围内物质具有的特殊 性能及如何利用这些性能.广义上，纳米材料是指在三维空间中，至少有一维达 到纳米尺度范围或以它们为基本单元所构成的材料.纳米材料在机械性能，磁，光，电，热 等方面与普通材料有很大的不同，它具有辐射，吸收，催化，吸附等新特性.许多科学家研 究了纳米材料的这些特性及其对水体中的某些污染物的作用，表明纳米科技 可能将使水处理技术发生突破性的变化.

纳滤在高于渗透压力作用下，水分子和少部分溶解盐通过选择性半透膜，而其他的溶解及胶体、有机物、细菌、微生物等杂质随浓水排出。适用于各种工艺水站的脱盐、软化和生化产品、特殊食品、染料等的精制。

源水 →源水泵 →机械过滤器 →活性炭过滤器 →精密过滤器 →高压泵 →纳滤主过滤系统

与其他压力驱动型膜分离过程相比，出现较晚。它的出现可追溯到70年代末J.E. Cadotte的ＮＳ-3 0 0膜的研究，之后，纳滤发展得很快，膜组器于80年代中期商品化。

纳滤主要运用于饮用水和工业用水的纯化，废水净化处理，工艺流体中有价值成份的浓缩等方面。纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来，如CA、CTA膜、芳族聚酰胺复合膜和磺化聚醚砜膜等。但与反渗透相比，其操作压力更低，因此纳滤又被称作“低压反渗透”或“疏松反渗透”（ Loose RO ）。

(1）日用化工废水处理.用NF膜处理日用化工废水的应用研究表明NF膜耐酸碱，有优良的截留率，对重金属有很好的去除率，不存在膜污染问题.据估计，由于NF膜的运行费用低于反渗透技术，对有机小分子有良好的脱除率，可能会覆盖90%以上的日用化工废水处理。(2）石油工业废水处理。石油工业废水主要包括石油开采和炼制过程中产生的含各种无机盐和有机物的废水，其成分 非常复杂，处理难度大.采用膜法特别是NF法与其他方法相给合，既可有效处理废水还可以 回收有用物质.例如，先用NF膜将原油废水分离成富油的水相和无油的盐水相，然后把富油 相加入到新鲜的供水中再进入洗油工序，这样既回收了原油又节约了用水.以前多采用反渗 透 和相分离结合的方法处理石油工业废水，但存在着膜污染严重的问题，如果在反渗透前加一NF膜，就可以解决膜污染的问题.石油工业的含酚废水中主要含有苯酚，甲基酚,硝基酚以 及各类取代酚，此类物质的毒性很大，必须脱除后才能排放，若采用NF技术，不仅酚的脱除 率可达95%以上，而且在较低压力下就能高效地将废水中的镉，镍，汞，钛等重金属高价离子脱除，其费用比反渗透等方法低得多。(3）杀虫剂废水处理.一般的水处理方法不能除去污染水中的低分子有机农药.通过研究NF膜对不含酚杀虫剂的截留性能发现除了二氯化物以外，其他杀虫剂的截留 率均高于96.7%，所有杀虫剂在NF膜上的吸附能力均受其疏水性的影响.采用NF处理含有酚 类杀虫剂的废水也十分有效。(4）化纤，印染工业废水处理.NF可以用于印染过程排水中染料及助剂的脱除和回用.处 理染料聚合浆料时，由于大多数染料的分子量在几百到几千，NF膜可以让一些无机盐或小分 子通过，而对较大的染料分子进行截取，粗染料浆液经NF系统后，染料可以富集，而无机盐 的浓度下降，脱盐率大于98%，染料损失率小于0.1%，而且可以在高温下运行.此外，NF还 可以用于纤维加工过程中的含油废水的处理及回收再利用。(5）生活污水处理.采用常用的生物降解和化学氧化相结合的方法处理生活污水时，氧化 剂的消耗很大，残留物多.如果在它们之间增加一个NF系统，让能被微生物降解的小分子（ 分子量小于100）通过，不能生物降解的有机大分子（分子量大于100）被截留下来经化学氧化 后再生物降解，这样就可以充分发挥生物降解的作用，节省氧化剂或活性炭的用量，降低最 终残留物的含量。(6）热电厂二次废水的治理及回收利用.热电厂的二次废水主要来自冲灰，除尘及冷却系统，此类废水中含有大量的悬浮固体,灰份 及高含量的盐份和部分有机物.利用NF可以把这一类废水处理成工业回用水.首先用微滤除 去水中的全部悬浮颗粒，质量分数为99%的BOD,98%的COD,73%的总氮和17%的总磷，同时将水中的菌落总数降到3～4个/L，然后加酸降低pH以除去CO2，最后再经NF脱盐，达到锅炉用水的质量.澳大利亚太平洋热电厂的Eraring发电站目前已用NF对此类废水进行处理，每天处理1 000～15 000 m3废水，既减轻了市政供水系统的负荷，每年又可为热电厂节约 操作费用80万美元.该热电厂准备扩大发电规模，用水量也相应增大，估计到2010年，处理 此类废水量将达5 000 m3/d，效益极其可观。(7）酸洗废液处理.钢厂的酸洗工序是将钢材浸入质量分数为20%左右的硫酸酸洗槽中进行 酸洗.随着酸洗的进行，硫酸浓度逐渐降低，硫酸亚铁浓度不断增高，当溶液中硫酸的质量 分数降至6%～8%，生成的硫酸亚铁浓度超过200～250 g/L时，酸洗速率下降，必须更 换酸洗液，排放酸洗废液.酸洗好的钢材必须用清水进行冲洗以除去表面的酸性物质，又造 成了废酸水的外排.为了保护环境，节约资源，可采用NF工艺处理酸洗废液.利用NF膜对硫 酸和硫酸亚铁截留率的不同，先将硫酸亚铁截留在浓缩液中，然后将浓缩液送入冷却结晶罐，冷却结晶出FeSO4·7H2O；透过液再经能截留硫酸的另一NF膜组件，截留后浓缩为20%的 硫酸，再生酸液回收利用，透过液则排至废酸水站，进一步处理排放或回收.这一工艺回收 了硫酸和硫酸亚铁，同时实现了酸洗废液的回收综合利用和废酸水达标排放的目的。(8）造纸废水处理.采用NF膜技术替代传统的化学处理 法能更为有效地除去深色木质素.木浆漂白过程产生的氯化木质素 是带负电的，容易被带负电性的NF膜截留，并且对膜不会产生污染.另外,因为整个处理过程中对阳离子（Na+）的脱除率并没有严格要求，采用反渗透技术就显得没有必要 .采用超滤/纳滤处理牛皮纸制造废水有很好的效果。

源水 →源水泵 →机械过滤器 →活性炭过滤器 →精密过滤器 →高压泵 →纳滤主过滤系统

纳滤(Nanofiltration，NF)是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，因其孔径范围在1~3个纳米左右而得名。与其他压力驱动型膜分离过程相比，出现较晚。纳滤膜的出现可追溯到70年代JohnE.Cadotte对NS-300聚哌嗪酰胺高选择性复合膜的研究，之后，纳滤得以快速发展。1984年FilmTec公司(陶氏DOW旗下品牌)正式将该技术命令为纳滤，并在此基础上开发出第一款商用模组，从而揭开了纳滤技术商业使用的序幕。

纳滤过程的关键是纳滤膜。对膜材料的要求是:具有良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性、机械强度高、耐酸碱及微生物侵蚀、耐氯和其它氧化性物质、有高水通量及高盐截留率、抗胶体及悬浮物污染，价格便宜、目前采用的纳德膜多为芳香族及聚酸氢类复合纳德膜。复合膜为非对称膜，由两部分结构组成:一部分为起支撑作用的多孔膜，其机理为筛分作用;另一部分为起分离作用的一层较薄的致密膜，其分离机理可用溶解扩散理论进行解释。对于复合膜，可以对起分离作用的表皮层和支撑层分别进行材料和结构的优化，可获得性能优良的复合膜。膜组件的形式有中空纤维、卷式、板框式和管式等。其中，中空纤维和卷式膜组件的填充密度高，造价低，组件内流体力学条件好;但是这两种膜组件的制造技术要求高，密封困难，使用中抗污染能力差，对料液预处理要求高。而板框式和管式膜组件虽然清洗方便、耐污染，但膜的填充密度低、造价高。因此，在纳滤系统中多使用中空纤维式或卷式膜组件。