超濾納濾(米)膜技(jì )術MMCD

原理(lǐ)和特點

　　膜分(fēn)離是利用(yòng)膜對混合物(wù)中各組分(fēn)的選擇滲透作(zuò)用(yòng)性能(néng)的差異，以外界能(néng)量或化學(xué)位差為(wèi) 推動力對雙組分(fēn)或多(duō)組分(fēn)混合的氣體(tǐ)或液體(tǐ)進行分(fēn)離、分(fēn)級、提純和富集的方法。膜孔徑處 于納米級，适宜于分(fēn)離分(fēn)子量在200～1000，分(fēn)子尺寸約為(wèi)1 nm的溶解組分(fēn)的膜工藝被 稱為(wèi)納濾(NF)。NF膜分(fēn)離需要的跨膜壓差一般為(wèi)0.5～2.0 MPa，比用(yòng)反滲透膜達到同樣的 滲透能(néng)量所必需施加的壓差低0.5～3 MPa。根據操作(zuò)壓力和分(fēn)離界限，可(kě)以定性地将NF排 在反滲透和超濾之間，有時也把NF稱為(wèi)”低壓反滲透”或”疏松反滲透”。20世紀70年代J. E. Cadotte研究NS-300膜，即為(wèi)研究NF膜的開始。當時，以色列脫鹽公司用(yòng)” 混合過濾”(Hybrid Filtration)來表示介于反滲透與超濾之間的膜分(fēn)離過程，後來美國(guó)的F ilm*.Tech公司把這種膜技(jì )術稱為(wèi)納濾，一直沿用(yòng)至今。之後，NF發展得很(hěn)快，膜組件于80 年代中期商品化。目前，NF已成為(wèi)世界膜分(fēn)離領域研究的熱點之一。

　　NF分(fēn)離是一種綠色水處理(lǐ)技(jì )術，在某些方面可(kě)以替代傳統費用(yòng)高、工藝繁瑣的污水處理(lǐ)方 法。其技(jì )術特點是：能(néng)截留分(fēn)子量大于100的有機物(wù)以及多(duō)價離子，允許小(xiǎo)分(fēn)子有機物(wù)和單 價離子透過。可(kě)在高溫、酸、堿等苛刻條件下運行，耐污染。運行壓力低，膜通量高，裝(zhuāng)置 運行費用(yòng)低。可(kě)以和其他(tā)污水處理(lǐ)過程相結合以進一步降低費用(yòng)和提高處理(lǐ)效果。在水處理(lǐ) 中，NF膜主要用(yòng)于含溶劑廢水的處理(lǐ)，能(néng)有效地去除水中的色度、硬度和異味。NF膜以其 特殊的分(fēn)離性能(néng)已成功地應用(yòng)于制糖、制漿造紙、電(diàn)鍍、機械加工以及化工反應催化劑的回 收等行業的廢水處理(lǐ)。

　　1.2　試驗研究及應用(yòng)情況

　　(1)日用(yòng)化工廢水處理(lǐ)。用(yòng)NF膜處理(lǐ)日用(yòng)化工廢水的應用(yòng)研究表明，NF膜耐酸 堿，有優良的截留率，對重金屬有很(hěn)好的去除率，不存在膜污染問題。據估計，由于NF膜的 運行費用(yòng)低于反滲透技(jì )術，對有機小(xiǎo)分(fēn)子有良好的脫除率，可(kě)能(néng)會覆蓋90%以上的日用(yòng)化工 廢水處理(lǐ)。

　　(2)石油工業廢水處理(lǐ)。

　　石油工業廢水主要包括石油開采和煉制過程中産生的含各種無機鹽和有機物(wù)的廢水，其成分(fēn) 非常複雜，處理(lǐ)難度大。采用(yòng)膜法特别是NF法與其他(tā)方法相給合，既可(kě)有效處理(lǐ)廢水還可(kě)以 回收有用(yòng)物(wù)質(zhì)。例如，先用(yòng)NF膜将原油廢水分(fēn)離成富油的水相和無油的鹽水相，然後把富油 相加入到新(xīn)鮮的供水中再進入洗油工序，這樣既回收了原油又節約了用(yòng)水。以前多(duō)采用(yòng)反滲 透 和相分(fēn)離結合的方法處理(lǐ)石油工業廢水，但存在着膜污染嚴重的問題，如果在反滲透前加一 NF膜，就可(kě)以解決膜污染的問題。石油工業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(wù)質(zhì)的毒性很(hěn)大，必須脫除後才能(néng)排放，若采用(yòng)NF技(jì )術，不僅酚的脫除 率可(kě)達95%以上，而且在較低壓力下就能(néng)高效地将廢水中的镉、鎳、汞、钛等重金屬高價離 子脫除，其費用(yòng)比反滲透等方法低得多(duō)。

　　(3)殺蟲劑廢水處理(lǐ)。一般的水處理(lǐ)方法不能(néng)除去污染水中的低分(fēn)子有機農藥。通過研究NF膜對不含酚殺蟲劑的截留性能(néng)，發現除了二氯化物(wù)以外，其他(tā)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(néng)力均受其疏水性的影響。采用(yòng)NF處理(lǐ)含有酚 類殺蟲劑的廢水也十分(fēn)有效。

　　(4)化纖、印染工業廢水處理(lǐ)。NF可(kě)以用(yòng)于印染過程排水中染料及助劑的脫除和回用(yòng)。處 理(lǐ)染料聚合漿料時，由于大多(duō)數染料的分(fēn)子量在幾百到幾千，NF膜可(kě)以讓一些無機鹽或小(xiǎo)分(fēn) 子通過，而對較大的染料分(fēn)子進行截取，粗染料漿液經NF系統後，染料可(kě)以富集，而無機鹽 的濃度下降，脫鹽率大于98%，染料損失率小(xiǎo)于0.1%，而且可(kě)以在高溫下運行。此外，NF還 可(kě)以用(yòng)于纖維加工過程中的含油廢水的處理(lǐ)及回收再利用(yòng)。

　　(5)生活污水處理(lǐ)。采用(yòng)常用(yòng)的生物(wù)降解和化學(xué)氧化相結合的方法處理(lǐ)生活污水時，氧化 劑的消耗很(hěn)大，殘留物(wù)多(duō)。如果在它們之間增加一個NF系統，讓能(néng)被微生物(wù)降解的小(xiǎo)分(fēn)子( 分(fēn)子量小(xiǎo)于100)通過，不能(néng)生物(wù)降解的有機大分(fēn)子(分(fēn)子量大于100)被截留下來經化學(xué)氧化 後再生物(wù)降解，這樣就可(kě)以充分(fēn)發揮生物(wù)降解的作(zuò)用(yòng)，節省氧化劑或活性炭的用(yòng)量，降低殘留物(wù)的含量。

　　(6)熱電(diàn)廠二次廢水的治理(lǐ)及回收利用(yòng)。熱電(diàn)廠的二次廢水主要來自沖灰、除塵及冷卻系統，此類廢水中含有大量的懸浮固體(tǐ)、灰份 及高含量的鹽份和部分(fēn)有機物(wù)。利用(yòng)NF可(kě)以把這一類廢水處理(lǐ)成工業回用(yòng)水。首先用(yòng)微濾除 去水中的全部懸浮顆粒，質(zhì)量分(fēn)數為(wèi)99%的BOD、98%的COD、73%的總氮和17%的總磷，同時将 水中的菌落總數降到3～4個/L，然後加酸降低pH以除去CO2，再經NF脫鹽，達到鍋 爐用(yòng)水的質(zhì)量。澳大利亞太平洋熱電(diàn)廠的Eraring發電(diàn)站目前已用(yòng)NF對此類廢水進行處理(lǐ)， 每天處理(lǐ)1 000～15 000 m3廢水，既減輕了市政供水系統的負荷，每年又可(kě)為(wèi)熱電(diàn)廠節約 操作(zuò)費用(yòng)80萬美元。該熱電(diàn)廠準備擴大發電(diàn)規模，用(yòng)水量也相應增大，估計到2010年，處理(lǐ) 此類廢水量将達5 000 m3/d，效益極其可(kě)觀。

　　(7)酸洗廢液處理(lǐ)。鋼廠的酸洗工序是将鋼材浸入質(zhì)量分(fēn)數為(wèi)20%左右的硫酸酸洗槽中進行 酸洗。随着酸洗的進行，硫酸濃度逐漸降低，硫酸亞鐵濃度不斷增高，當溶液中硫酸的質(zhì)量 分(fēn)數降至6%～8%、生成的硫酸亞鐵濃度超過200～250 g/L時，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(yòng)清水進行沖洗以除去表面的酸性物(wù)質(zhì)，又造 成了廢酸水的外排。為(wèi)了保護環境，節約資源，可(kě)采用(yòng)NF工藝處理(lǐ)酸洗廢液。利用(yòng)NF膜對硫 酸和硫酸亞鐵截留率的不同，先将硫酸亞鐵截留在濃縮液中，然後将濃縮液送入冷卻結晶罐， 冷卻結晶出FeSO4·7H2O。透過液再經能(néng)截留硫酸的另一NF膜組件，截留後濃縮為(wèi)20%的 硫酸，再生酸液回收利用(yòng)，透過液則排至廢酸水站，進一步處理(lǐ)排放或回收。這一工藝回收 了硫酸和硫酸亞鐵，同時實現了酸洗廢液的回收綜合利用(yòng)和廢酸水達标排放的目的。

　　(8)造紙廢水處理(lǐ)。采用(yòng)NF膜技(jì )術替代傳統的化學(xué)處理(lǐ) 法能(néng)更為(wèi)有效地除去深色木(mù)質(zhì)素。木(mù)漿漂白過程産生的氯化木(mù)質(zhì)素 是帶負電(diàn)的，容易被帶負電(diàn)性的NF膜截留，并且對膜不會産生污染。另外，因為(wèi)整 個處理(lǐ)過程中對陽離子(Na+)的脫除率并沒有嚴格要求，采用(yòng)反滲透技(jì )術就顯得沒有必要 。采用(yòng)超濾/納濾處理(lǐ)牛皮紙制造廢水有很(hěn)好的效果。

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