原理和特點(diǎn)

　　膜分離是利用膜對(duì)混合物中各組分的選擇滲透作用性能的差異，以外界能量或化學(xué)位差為 推動(dòng)力對(duì)雙組分或多組分混合的氣體或液體進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集的方法。膜孔徑處 于納米級(jí)，適宜于分離分子量在200～1000，分子尺寸約為1 nm的溶解組分的膜工藝被 稱為納濾(NF)。NF膜分離需要的跨膜壓差一般為0.5～2.0 MPa，比用反滲透膜達(dá)到同樣的 滲透能量所必需施加的壓差低0.5～3 MPa。根據(jù)操作壓力和分離界限，可以定性地將NF排 在反滲透和超濾之間，有時(shí)也把NF稱為”低壓反滲透”或”疏松反滲透”。20世紀(jì)70年代J. E. Cadotte研究NS-300膜，即為研究NF膜的開始。當(dāng)時(shí)，以色列脫鹽公司用” 混合過濾”(Hybrid Filtration)來表示介于反滲透與超濾之間的膜分離過程，后來美國(guó)的F ilm*.Tech公司把這種膜技術(shù)稱為納濾，一直沿用至今。之后，NF發(fā)展得很快，膜組件于80 年代中期商品化。目前，NF已成為世界膜分離領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。

　　NF分離是一種綠色水處理技術(shù)，在某些方面可以替代傳統(tǒng)費(fèi)用高、工藝繁瑣的污水處理方 法。其技術(shù)特點(diǎn)是：能截留分子量大于100的有機(jī)物以及多價(jià)離子，允許小分子有機(jī)物和單 價(jià)離子透過?？稍诟邷亍⑺?、堿等苛刻條件下運(yùn)行，耐污染。運(yùn)行壓力低，膜通量高，裝置 運(yùn)行費(fèi)用低?？梢院推渌鬯幚磉^程相結(jié)合以進(jìn)一步降低費(fèi)用和提高處理效果。在水處理 中，NF膜主要用于含溶劑廢水的處理，能有效地去除水中的色度、硬度和異味。NF膜以其 特殊的分離性能已成功地應(yīng)用于制糖、制漿造紙、電鍍、機(jī)械加工以及化工反應(yīng)催化劑的回 收等行業(yè)的廢水處理。

　　1.2　試驗(yàn)研究及應(yīng)用情況

　　(1)日用化工廢水處理。用NF膜處理日用化工廢水的應(yīng)用研究表明，NF膜耐酸 堿，有優(yōu)良的截留率，對(duì)重金屬有很好的去除率，不存在膜污染問題。據(jù)估計(jì)，由于NF膜的 運(yùn)行費(fèi)用低于反滲透技術(shù)，對(duì)有機(jī)小分子有良好的脫除率，可能會(huì)覆蓋90%以上的日用化工 廢水處理。

　　(2)石油工業(yè)廢水處理。

　　石油工業(yè)廢水主要包括石油開采和煉制過程中產(chǎn)生的含各種無機(jī)鹽和有機(jī)物的廢水，其成分 非常復(fù)雜，處理難度大。采用膜法特別是NF法與其他方法相給合，既可有效處理廢水還可以 回收有用物質(zhì)。例如，先用NF膜將原油廢水分離成富油的水相和無油的鹽水相，然后把富油 相加入到新鮮的供水中再進(jìn)入洗油工序，這樣既回收了原油又節(jié)約了用水。以前多采用反滲 透 和相分離結(jié)合的方法處理石油工業(yè)廢水，但存在著膜污染嚴(yán)重的問題，如果在反滲透前加一 NF膜，就可以解決膜污染的問題。石油工業(yè)的含酚廢水中主要含有苯酚、甲基酚、硝基酚以 及各類取代酚，此類物質(zhì)的毒性很大，必須脫除后才能排放，若采用NF技術(shù)，不僅酚的脫除 率可達(dá)95%以上，而且在較低壓力下就能高效地將廢水中的鎘、鎳、汞、鈦等重金屬高價(jià)離 子脫除，其費(fèi)用比反滲透等方法低得多。

　　(3)殺蟲劑廢水處理。一般的水處理方法不能除去污染水中的低分子有機(jī)農(nóng)藥。通過研究NF膜對(duì)不含酚殺蟲劑的截留性能，發(fā)現(xiàn)除了二氯化物以外，其他殺蟲劑的截留 率均高于96.7%，所有殺蟲劑在NF膜上的吸附能力均受其疏水性的影響。采用NF處理含有酚 類殺蟲劑的廢水也十分有效。

　　(4)化纖、印染工業(yè)廢水處理。NF可以用于印染過程排水中染料及助劑的脫除和回用。處 理染料聚合漿料時(shí)，由于大多數(shù)染料的分子量在幾百到幾千，NF膜可以讓一些無機(jī)鹽或小分 子通過，而對(duì)較大的染料分子進(jìn)行截取，粗染料漿液經(jīng)NF系統(tǒng)后，染料可以富集，而無機(jī)鹽 的濃度下降，脫鹽率大于98%，染料損失率小于0.1%，而且可以在高溫下運(yùn)行。此外，NF還 可以用于纖維加工過程中的含油廢水的處理及回收再利用。

　　(5)生活污水處理。采用常用的生物降解和化學(xué)氧化相結(jié)合的方法處理生活污水時(shí)，氧化 劑的消耗很大，殘留物多。如果在它們之間增加一個(gè)NF系統(tǒng)，讓能被微生物降解的小分子( 分子量小于100)通過，不能生物降解的有機(jī)大分子(分子量大于100)被截留下來經(jīng)化學(xué)氧化 后再生物降解，這樣就可以充分發(fā)揮生物降解的作用，節(jié)省氧化劑或活性炭的用量，降低殘留物的含量。

　　(6)熱電廠二次廢水的治理及回收利用。熱電廠的二次廢水主要來自沖灰、除塵及冷卻系統(tǒng)，此類廢水中含有大量的懸浮固體、灰份 及高含量的鹽份和部分有機(jī)物。利用NF可以把這一類廢水處理成工業(yè)回用水。首先用微濾除 去水中的全部懸浮顆粒，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的BOD、98%的COD、73%的總氮和17%的總磷，同時(shí)將 水中的菌落總數(shù)降到3～4個(gè)/L，然后加酸降低pH以除去CO2，再經(jīng)NF脫鹽，達(dá)到鍋 爐用水的質(zhì)量。澳大利亞太平洋熱電廠的Eraring發(fā)電站目前已用NF對(duì)此類廢水進(jìn)行處理， 每天處理1 000～15 000 m3廢水，既減輕了市政供水系統(tǒng)的負(fù)荷，每年又可為熱電廠節(jié)約 操作費(fèi)用80萬(wàn)美元。該熱電廠準(zhǔn)備擴(kuò)大發(fā)電規(guī)模，用水量也相應(yīng)增大，估計(jì)到2010年，處理 此類廢水量將達(dá)5 000 m3/d，效益極其可觀。

　　(7)酸洗廢液處理。鋼廠的酸洗工序是將鋼材浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%左右的硫酸酸洗槽中進(jìn)行 酸洗。隨著酸洗的進(jìn)行，硫酸濃度逐漸降低，硫酸亞鐵濃度不斷增高，當(dāng)溶液中硫酸的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)降至6%～8%、生成的硫酸亞鐵濃度超過200～250 g/L時(shí)，酸洗速率下降，必須更 換酸洗液，排放酸洗廢液。酸洗好的鋼材必須用清水進(jìn)行沖洗以除去表面的酸性物質(zhì)，又造 成了廢酸水的外排。為了保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源，可采用NF工藝處理酸洗廢液。利用NF膜對(duì)硫 酸和硫酸亞鐵截留率的不同，先將硫酸亞鐵截留在濃縮液中，然后將濃縮液送入冷卻結(jié)晶罐， 冷卻結(jié)晶出FeSO4·7H2O。透過液再經(jīng)能截留硫酸的另一NF膜組件，截留后濃縮為20%的 硫酸，再生酸液回收利用，透過液則排至廢酸水站，進(jìn)一步處理排放或回收。這一工藝回收 了硫酸和硫酸亞鐵，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了酸洗廢液的回收綜合利用和廢酸水達(dá)標(biāo)排放的目的。

　　(8)造紙廢水處理。采用NF膜技術(shù)替代傳統(tǒng)的化學(xué)處理 法能更為有效地除去深色木質(zhì)素。木漿漂白過程產(chǎn)生的氯化木質(zhì)素 是帶負(fù)電的，容易被帶負(fù)電性的NF膜截留，并且對(duì)膜不會(huì)產(chǎn)生污染。另外，因?yàn)檎?個(gè)處理過程中對(duì)陽(yáng)離子(Na+)的脫除率并沒有嚴(yán)格要求，采用反滲透技術(shù)就顯得沒有必要 。采用超濾/納濾處理牛皮紙制造廢水有很好的效果。

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