納濾（NF）

納濾 ( NF，Nanofiltration)是一種介于反滲透和超濾之間的壓力驅(qū)動(dòng)膜分離過(guò)程，納濾膜的孔徑范圍在幾個(gè)納米左右。與其他壓力驅(qū)動(dòng)型膜分離過(guò)程相比，出現(xiàn)較晚。它的出現(xiàn)可追溯到70年代末J.E. Cadotte的ＮＳ-3 0 0膜的研究，之后，納濾發(fā)展得很快，膜組器于80年代中期商品化。納濾膜大多從反滲透膜衍化而來(lái)，如CA、CTA膜、芳族聚酰胺復(fù)合膜和磺化聚醚砜膜等。但與反滲透相比，其操作壓力更低，因此納濾又被稱作低壓反滲透。

納濾分離作為一項(xiàng)新型的膜分離技術(shù)，技術(shù)原理近似機(jī)械篩分。但是納濾膜本體帶有電荷性。這是它在很低壓力下仍具有較高脫鹽性能和截留分子量為數(shù)百的膜也可脫除無(wú)機(jī)鹽的重要原因。

●納濾技術(shù)的特點(diǎn)
　　1.納濾膜的分離特點(diǎn)納濾膜在截留性能方面有兩個(gè)特點(diǎn)：
　　（1）截留相對(duì)分子質(zhì)量(MWCO)在200-1000之間，適宜于分離相對(duì)分子質(zhì)量在200以上，大小約為1nm的溶解組分；
　�。�2）具有離子選擇性。由于膜表面或膜材料中常帶有荷電基團(tuán)，這些基團(tuán)通過(guò)靜電作用可產(chǎn)生Donnan效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)不同價(jià)態(tài)離子的分離，故有時(shí)納濾也被稱為“選擇性反滲透”。
　　2.納濾膜實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的特點(diǎn)納濾膜在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中有三個(gè)特點(diǎn)：
　�。�1）操作壓力低，一般在0.3-1.0MPa之間。由于操作壓力較低，對(duì)設(shè)備要求較低。因此，基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用低，便于運(yùn)行管理；
　　（2）在處理過(guò)程中不需添加化學(xué)試劑，也不引起二次污染；
　�。�3）可分離回收有用物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水的資源化和回用，進(jìn)一步降低處理成本�！　�
● 納濾技術(shù)的應(yīng)用
　　納濾膜由于截留的分子量介于超濾與反滲透之間，同時(shí)還存在Donnan效應(yīng)，所以對(duì)低分子量有機(jī)物和鹽的分離有很好的效果。另外，納濾膜還具有不影響分離物質(zhì)生物活性、節(jié)能、無(wú)公害等特點(diǎn)，因此納濾在國(guó)內(nèi)外廢水處理領(lǐng)域、飲用水生產(chǎn)領(lǐng)域、生化醫(yī)療領(lǐng)域、食品工業(yè)和飲料行業(yè)等得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
　　◆廢水處理領(lǐng)域
　1.造紙廢水
　　造紙廢水主要來(lái)之造紙過(guò)程中紙漿的大量沖洗，采用納濾膜替代傳統(tǒng)的吸收和電化學(xué)處理法能更有效地去除深色木質(zhì)素和紙漿漂白過(guò)程中產(chǎn)生的氯化木質(zhì)素。Nuortila-Jokinen等在實(shí)驗(yàn)室，用平板納濾膜NF45處理經(jīng)浮選和過(guò)濾預(yù)處理后的造紙廢水。
　　45納濾膜處理造紙廢水的效果項(xiàng)目COD（mg/L）硫酸根（mg/L）總固體（mg/L）無(wú)機(jī)物（mg/L）進(jìn)水出水Manttarri等開(kāi)發(fā)了造紙廠水循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)與超濾法處理過(guò)程比較，采用納濾技術(shù)處理后得到的水不但透明、無(wú)色、不含陰離子廢物，而且將透過(guò)水的COD、總硫和無(wú)機(jī)鹽含量的去除由超濾法的50%-60%提高到80%以上。
　2.垃圾滲濾液
　　垃圾滲濾液的處理一直是世界性難題。目前，主要采用為厭氧好氧等生物處理法，但中后期滲濾液中含有很高濃度的溶解有機(jī)質(zhì)，其中75％為可生化性差的腐植酸和富里酸(平均分子量1000Da)，導(dǎo)致生化法出水難以達(dá)標(biāo)排放。與生化法相比，膜分離技術(shù)受原水水質(zhì)的變化影響小，在這種難降解廢水的處理中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。垃圾滲瀝液經(jīng)過(guò)生化處理后經(jīng)砂濾、保安濾器等預(yù)處理，再經(jīng)過(guò)納濾膜系統(tǒng)處理，使85％-90％的透過(guò)液達(dá)標(biāo)排放，僅10％-15％的濃縮污液和泥漿返回垃圾池，這項(xiàng)工藝較好地解決了垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液的二次污染問(wèn)題。Zouboulis等利用振動(dòng)剪切增強(qiáng)單元增強(qiáng)膜的傳質(zhì)，用NF可以達(dá)到對(duì)滲濾液中總腐殖酸類物質(zhì)97％的去除效果�？梢�(jiàn)納濾技術(shù)處理垃圾滲濾液是可行的，并具有較反滲透處理能耗低的優(yōu)勢(shì)。
 3.紡織印染廢水
　　紡織印染廠在對(duì)織物進(jìn)行煮漂和染色后，需使用大量的清水對(duì)織物進(jìn)行沖洗，產(chǎn)生的廢水中會(huì)含有大量的鹽、染料、表面活性劑、洗滌劑等各種污染物，導(dǎo)致印染廢水成為較難處理的工業(yè)廢水之一。不過(guò)隨著膜分離技術(shù)的發(fā)展，納濾膜技術(shù)已在紡織印染工業(yè)中得到了成功的運(yùn)用。使用納濾膜處理高無(wú)機(jī)鹽含量的紡織染色廢水，在操作壓力為500kPa條件下，通量可以達(dá)到很高，而且染料的截留率超過(guò)98%，因此，可以實(shí)現(xiàn)廢水的回收利用。納濾膜對(duì)染料有很好的分離效果，分離性能是由膜、溶液和溶質(zhì)三者共同決定的。
　4.冶金工業(yè)廢水
　　在金屬的加工和合金生產(chǎn)廢水中，含有相當(dāng)高的重金屬離子。為了使廢水符合排放標(biāo)準(zhǔn)，一般是將這些重金屬離子生成氫氧化物沉淀除去。如果采用采用納濾膜技術(shù)處理，不僅可以回收90%以上的廢水，而且可使重金屬離子濃縮10倍，濃縮后的重金屬具有回收利用價(jià)值。
　　　5.飲用水的生產(chǎn)領(lǐng)域
　　5.1地下水軟化
　　采用納濾膜法軟化地下水具有無(wú)污泥、不需再生、能除去水中大部分懸浮物及有機(jī)物、操作簡(jiǎn)便和占地省等諸多特點(diǎn)，因此在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)非常普遍。
　　納濾膜法軟化地下水工藝對(duì)多價(jià)離子的截留率高達(dá)90%以上，而對(duì)單價(jià)離子卻只有60%-70%�！　�5.2飲用水凈化
　　納濾能有效的截留二價(jià)離子，較完全的去除病原體、水中加氯消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷中間體、痕量的除草劑、殺蟲(chóng)劑殘余物、重金屬、天然有機(jī)物等，十分適用于飲用水的深度處理。采用NF膜和RO膜法去除地下水中的藥物成分。結(jié)果表明，NF膜和RO膜擁有很好的截留性能，對(duì)所有藥物的截留率均＞85%，對(duì)有害物質(zhì)如對(duì)乙酰氨基酚截留率為48%-73%，吉非貝齊為50%-70%，甲芬那酸為30%-50%。采用納濾對(duì)飲用水進(jìn)行深度處理，取得了很好的效果。
　　5.3海水淡化
　　目前，海水淡化已經(jīng)成為解決我國(guó)沿海地區(qū)和世界上許多國(guó)家水資源短缺的重要手段之一。但如何高效經(jīng)濟(jì)的除去海水的高硬度、濁度和總固溶物(TDS)是制約海水淡化的瓶頸。
　　隨著膜技術(shù)的不斷發(fā)展，孔徑介于反滲透和超濾之間、具有荷電性質(zhì)的納濾膜在海水軟化方面的優(yōu)勢(shì)愈來(lái)愈得到人們的關(guān)注。NF作為海水淡化的預(yù)處理工藝，試驗(yàn)結(jié)果表明，該法可以大幅度降低進(jìn)料水的硬度、濁度和TDS含量，解決傳統(tǒng)海水淡化過(guò)程中存在的結(jié)垢污染等許多問(wèn)題。在22bar的壓力下NF對(duì)Ca2+，Mg2+，SO42-，HCO3-，以及總硬度的去除率分別為89.6％，94.0％，97.8％，76.6％和93.3％。NF出水完全能夠滿足海水反滲透（SWRO）或多級(jí)閃蒸（MSF）的進(jìn)水要求，使得SWRO和MSF的水回收率分別達(dá)到70％和80％。將NF膜作為海水淡化預(yù)處理的優(yōu)點(diǎn)有：（1）通過(guò)除去濁度和細(xì)菌，阻止SWRF的膜污染；（2）通過(guò)去除硬度離子，阻止SWRF和MSF的比例縮放；（3）通過(guò)減少海水中大約30%-60%的TDS，使得運(yùn)行SWRF所需操作壓力較低。
　6.生化醫(yī)療領(lǐng)域
　　6.1生化工程
　　將納濾膜技術(shù)應(yīng)用于生化工程，可以將相對(duì)分子質(zhì)量低的物質(zhì)（如類固醇、維生素、抗生素和氨基酸等）從其他反應(yīng)物中分離出來(lái)，進(jìn)行澄清和精制，并且成功的應(yīng)用于VB12的回收和濃縮，以及紅霉素、金霉素等多種抗生素的濃縮和純化過(guò)程。

6.2醫(yī)藥工業(yè)
　　納濾膜分離效率高、節(jié)能、不破壞產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)使其在醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)中也得到了日益廣泛的應(yīng)用。中空纖維膜BMM20和BMM15可以完全除去病毒和大小在20nm左右的微粒，納濾膜可完全過(guò)濾掉其中的HPVB19病毒。由此可見(jiàn)，隨著膜技術(shù)的不斷發(fā)展，納濾將成為醫(yī)藥工業(yè)生產(chǎn)中一種高效的分離技術(shù)。
　7.食品工業(yè)、飲料行業(yè)
　　在食品工業(yè)和飲料行業(yè)中，納濾主要用來(lái)對(duì)加工過(guò)程中的料液進(jìn)行濃縮、脫鹽、調(diào)味、脫色和去除雜質(zhì)。
　　7.1低聚糖的處理
　　功能性低聚糖由于可以降低血脂、抗衰老和抗癌等多種生理功能而倍受關(guān)注。低聚糖與蔗糖的分子量相差很小，分離很困難。通常采用高效液相色譜法分離，但此法處理量小，耗資大。采用納濾膜技術(shù)來(lái)處理可以達(dá)到高效液相分離法同樣的效果，并大大降低操作成本。
　  該法的優(yōu)點(diǎn)在于既解決了廢水的排放問(wèn)題，同時(shí)又通過(guò)回收利用增加了經(jīng)濟(jì)效益。
　　7.2果汁的高濃度濃

縮果汁濃縮傳統(tǒng)上使用蒸餾法或冷凍法濃縮，但這些方法會(huì)造成果汁風(fēng)味和芳香成分的散失，不僅消耗大量的能源，而且還得不到令人滿意的成品。相比之下，納濾膜濃縮技術(shù)具有節(jié)約能源、降低損耗、可在常溫下連續(xù)操作、過(guò)程簡(jiǎn)單、高效、沒(méi)有相變、分離系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)，而且特別適用于熱敏性物質(zhì)的處理，因此在果汁濃縮方面得到了廣泛的應(yīng)用。

　　7.3純化濃縮多肽和氨基酸
　　離子與荷電膜之間存在道南(Donnan)效應(yīng)，即相同電荷排斥而相反電荷吸引的作用。氨基酸和多肽帶有離子官能團(tuán)如羧基或氨基，在等電點(diǎn)時(shí)是中性的，當(dāng)高于或低于等電點(diǎn)時(shí)帶正電荷或負(fù)電荷。由于一些納濾膜帶有靜電官能團(tuán)，基于靜電相互作用，對(duì)離子有一定的截留率，可用于分離氨基酸和多肽。濃縮液中苯丙氨酸和天冬氨酸濃度的差值比原料液中的差值增大近4倍，納濾分離的效果非常明顯，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)的分離、精制與回收。
　8.其它方面的應(yīng)用
　　納濾的特點(diǎn)使其越來(lái)越受人們的關(guān)注，因此，納濾的應(yīng)用也愈來(lái)愈廣泛。除了以上幾方面的應(yīng)用外，還在高濃度有機(jī)廢水處理、城市生活污水處理等方面都有具體應(yīng)用，這里就不再詳細(xì)敘述。

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