纳滤在水处理中的应用现状及展望

车鸣

摘要：纳滤技术是一种新型的膜分离技术，具有孔径细、分离效果好的特点，其分离效果介于超滤与反渗透之间，可以高效的截留水中的多价盐与有机物，因此被广泛应用于水处理中。纳滤膜的应用，有效的减少了水中的大分子物质及杂质，提高了废水的回用率，缓解了我国水资源紧张的压力。本文总结了纳滤膜在饮用水净化、垃圾渗沥液、稠油采出水以及印染废水中的研究应用现状，并对纳滤膜未来的发展方向提出了展望。

膜分离技术作为一种新型的水处理技术被广泛应用于饮用水处理和污水处理等很多领域，应用纳滤膜也是目前水处理研究的热点之一。本文介绍了纳滤膜的性能特点，总结了在饮用水处理、污水深度处理等方面的应用以及存在的问题和未来发展。

1纳滤膜技术及机理

1.1纳滤膜技术

纳滤膜是与20世纪80年代发展起来的一种新型膜分离技术，拥有纳米级孔径结构，是介于超滤与反渗透之间的过滤技术。与超滤相比较，纳滤膜的膜孔径更加精细，可以达到纳米级别（10m），孔径通常为0.5-1nm，对离子的截留率更高，可以对分子量不同的有机物进行选择性分离，尤其是对容易结垢的二价离子和多价离子，因此可以用于处理单价离子和多价离子的混合体系。与反渗透相比，纳滤膜截留的分子量通常在150-2000Da，而反渗透能截留的分子量在50Da以下，对盐的截留率高达90%以上。而且纳滤膜的工作压力要低于反渗透膜，其操作压力一般低于10MPa。

1.2纳滤膜作用机理

纳滤膜纳滤分离的主要机制为筛分作用和电荷作用。筛分作用主要是决定于膜孔径的大小以及截留粒子大小之间的关系。当溶液通过膜孔时，如果粒径小于纳滤膜的孔径是，则溶质可以通过纳滤膜的表面;而溶质的粒径如果大于膜孔径则溶质可被截留。电荷作用是指纳滤膜表面是带有电荷的，对不同电荷和不同价态的离子表现出不同的道南电位。纳滤膜上的电荷与溶液中带电的粒子之间产生静电排斥力导致溶质被截留下来。膜表面所带电荷越多对离子的去除效果越好，尤其是对二价离子及多价离子的去除。

2纳滤膜在饮用水处理中的应用

饮用水安全问题一直是广大人民群众所关心的热点之一，随着社会经济的不断发展，人们对饮用水的水质要求也不断提高，传统的”混凝、沉淀、过滤、消毒”的处理方法已经无法满足人民日益提高的水质要求，而且消毒之后所产生的副产物具有“三致”效应也难以解决。城市的给水水源在不同程度上均受到污染，研究表明纳滤膜可以有效地去除水中的有机物和色度，达到软化水质的目的。

应用NF进行饮用水的软化是纳滤膜最主要的应用之一。水中过量的Ca2+、Mg2+会增加水的硬度，过量的钙、镁离子对人体会造成危害，如结石等，而纳滤膜可以去除绝大多数的Ca2+、Mg2+。张显求等人在利用NF对二价离子（Ca2+，Mg2+，SO42-）的高截留性和对单价离子（K+，Na+，Cl-）的低截留特性，实现了饮用水软化而不是完全脱盐，满足了许多领域对软化水的要求，经过纳滤膜也均能达到饮用水的水质标准。

纳滤膜还可以用于饮用水的深度处理中。由于生活污水和工业废水的排放，饮用水也会直接或间接地收到污染，而纳滤在饮用水的深度处理中可以用于去除有毒有害的有机污染物、三卤甲烷等消毒副产物、细菌、微囊藻毒素、某些病原微生物以及重金属等。

3纳滤膜在污水深度处理中的应用

3.1垃圾渗沥液

外置式管式膜生物反应器的出水再进入纳滤系统中，通过纳滤膜来处理渗沥液中大分子量的有机物、氨氮，同时进一步进行脱盐处理。该纳滤膜系统采用的是卷式有机复合膜，工作压力为1.3MPa左右。纳滤的出水经调节后进人反渗透系统，该反渗透系统采用的是卷式有机复合膜，工作压力为2.3MPa左右。该工艺试运行3个月后监测发现，虽然实际运行中的进水COD浓度和NH3-N、TN分别高于垃圾渗滤液设计进水中相应污染物的浓度。

3.2稠油采出水

稠油热采技术是通过一些措施，对油层进行升温、稠油降黏的技术方法。蒸汽吞吐是稠油热采技术方法之一，通过向油井中注入大量蒸汽，关闭油井数天后进行开井开采，最后进行油水分离，因此会产生大量的稠油污水。稠油采出水具有钙镁离子含量高、硅含量高，同时含油、含悬浮物高的特点。

采用微滤与纳滤组合工艺进行了处理油田采出水的试验研究，经实验发现，微滤膜预处理对水中油的去除效果良好，满足NF进水水质要求，之后应用纳滤膜系统进行处理。。在试验周期内，双膜组合工艺对硬度去除率为97.37%-98.60%、TDS去除率为98.06%-98.51%、SS的去除率96.67%-98.78%，COD去除率为91%。虽然COD的去除率偏低，但双膜组合工艺的出水水质指标满足油田注汽锅炉进水水质要求，同时，纳滤膜具有低操作壓力、高效率处理效果、低运行成本的优点，在稠油采出水处理回用方面具有很好的应用前景。

3.3印染废水

组合膜工艺尤其是纳滤或反渗透膜作为高级处理过程，不仅可以去除一些高盐度和难降解有机染料，还可以对一些有价值的物质（比如一些稀有金属）进行回收。通常以微滤膜作为预处理，经过处理的出水可以达到纳滤和反渗透膜对进水要求，还可以有效缓解了膜污染问题，增加膜使用寿命。应用超滤与纳滤的组合工艺对工业生产中的还原染料废水和活性染料废水进行处理，其中应用的超滤膜和纳滤膜分别为PVDF超滤膜和芳香族聚酰胺纳滤膜。结果表明采用超滤膜处理还原染料废水后的出水水质能够满足印染厂内回用水质要求;通过纳滤膜处理后的活性染料废水浓缩倍数能达到9倍，回用水回收率高达到88.9%，有很好的染料回收效果。

4结语与展望

纳滤膜作为一种新型的膜分离技术，由于其分离效果好，比反渗透膜更节约能源等特点被广泛应用与饮用水处理、食品、化工、制药等领域。但与此同时，纳滤膜的一些不足与缺点也限制了其在工业中的应用。比如纳滤膜由于带有电荷所以膜污染问题要比其他膜更复杂与严重、纳滤膜的分离效果不够彻底，对单价盐的截留问题、以及纳滤膜处理后浓水的分离与处理问题等等。