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)。其對國民經(jīng)濟(jì)和人體健康的影響，已是人類面臨的嚴(yán)重問題。

　　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。

　　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)動型膜分離技術(shù)。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(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:自來水—多介質(zhì)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(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)，同時提高水的硬度，達(dá)到優(yōu)質(zhì)桶裝水的要求。組合工藝對有機(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(jià)離子的去除率大于其對一價(jià)離子的去除率，對水中無機(jī)和有機(jī)污染物都具有獨(dú)特的分離特性。

　　針對磁場應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(jié)垢的電鏡分析發(fā)現(xiàn)，磁場引入納濾膜過程可導(dǎo)致膜面結(jié)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(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象，研究納濾膜組合工藝對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，對致突變物的去除率大于90%，使Ames實(shí)驗(yàn)結(jié)果由陽性轉(zhuǎn)為陰性，對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Ni2+的質(zhì)量截留率和透過流率的影響。料液中Ni2+的質(zhì)量濃度由30mg/L，經(jīng)過處理濃縮至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。

　　對應(yīng)用聚合物輔助無機(jī)膜處理模擬放射性廢水進(jìn)行了研究，比較了相對分子質(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的無機(jī)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(shù)可以有效地去除沸水中的Sr2+和Co2+，且當(dāng)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(jī)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(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NaCl、MgCl2、Na2SO4、MgSO4等4種無機(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(yīng)用作了初步探索。無機(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(jià)鹽溶液的截留率影響較大，對二價(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(yù)處理。