凈水處理劑-納濾膜

膜技術是近三十年發展起來保證社會持續發展的關鍵技術之一，膜技術可以使傳統的分離工序發生革命性的變化，在當代高新技術領域內，是高效能材料，作為開發的重點，必將進一步獲得快速發展。

理化性能

納濾（Nanofihration,簡稱NF)是膜分離技術的一個新興領域，納濾膜是一種由高聚物組成活化層的復合膜。其截留分子量介于反滲透膜和超濾膜之間，納濾集濃縮與脫鹽為一體，膜平均孔徑約1~2nm,用于分離溶液中分子量約為200~2000的物質。納濾膜在滲透過程中截留率大于95%的最小分子約為1nm左右的微孔結構，由于該過濾過程的膜孔徑已處于納米級內，被稱為"納濾"，其膜被命名為"納濾膜"。

納濾膜孔徑大于反滲透膜，但膜表面所帶的電荷，使其在很低的操作壓力下仍具有較高脫鹽率。反滲透過程所需操作壓力一般在幾個至幾十兆帕間，而納濾分離過程所需操作壓力低。

由于納濾膜多數為復合膜及荷電膜，其耐壓性與抗污染能力較強。

工藝技術

納濾（NF)膜一般由三層構成，最下層為支撐層，孔徑大而疏松；中間為微孔層，孔徑稍小，這兩層沒有選擇性，只有表層是選擇性透過層。納濾膜具有相當大的通透性，而二價鹽及多價鹽的截留率均在90%以上。由于單價鹽能自由透過納濾限，膜兩側不同離子濃度所造成的滲透壓要遠低于反滲透膜，納濾膜所要求的操作壓力為1.0MPa,有利于降低分離系統的設備投資費用。

無機鹽能透過膜，使得納濾膜的滲透壓遠比反滲透膜的低，在通量一定時，納濾過程所需的外加壓力比反滲透低得多；而在同等壓力下，納濾膜的通量則比反滲透膜大得多。此外，納濾能使濃縮與脫鹽過程同步進行，所以用納濾代替反滲透，使濃縮過程能有效、快速地進行，并達到較大的濃縮倍數。

超濾膜和微濾膜被認為是替代傳統飲用水處理工藝的最佳選擇。

納濾膜大多是復合膜，其表面分離層由聚電解質構成。納濾膜大多是通過界面縮聚及縮合法在微孔基膜膜上復合一層具有納米級孔徑的超薄分離層。納濾也是根據吸附擴散原理以壓力差作為推動力的膜分離過程。它兼有反滲透和超濾的工作原理。在此過程中，水溶液中低分子量的有機溶質被截留，而鹽類組分則部分透過非對稱膜。納濾能使有機溶質得到同步濃縮和脫鹽，而在滲透過程中溶質損失極少。

納濾膜組件有螺旋卷式、管式和平板式。螺旋卷式膜因單位體積擁有較大膜面積，其造價較低，但在操作中膜間隙之間易堵塞，它要求溶液預處理。管式膜單位體積膜面積較小，造價稍高，但它適于未經預過濾的溶液進行直接濃縮，清洗也方便，故最常用。

膜分離是借助膜在分離過程中對物質的選擇滲透作用使混合物進行分離的技術，其與膜的分子特性有關，主要取決于分離組分在膜中的溶解和擴散。

目前工業化的NF(納濾）膜有許多都是荷電膜，這種膜的制膜關鍵是根據分離對象的性質來決定是荷負電還是荷正電，同時控制好離子交換容量及膜電位。

納濾膜由于具有納米級的膜孔徑、膜上常帶電荷等結構特點，因而從性能角度講，納濾膜有兩個基本特點：①其截留好量在100~1000之間，并對二價及多價離子有較高的脫除率；②操作壓力在(0.4~2.0)MPa之間，這種膜通常也叫低壓反滲透膜（LPRO),但較UF膜致密得多，因此其制備關鍵是合理調節膜表層的疏松程度，以形成大量具納米級的表層孔。

轉化法

轉化法是調節工藝條件制得小孔徑的超濾膜，再進行熱處理、荷電化等后處理達到致密化制成納濾膜。利用此法，先制得小孔徑的聚氯苯乙炔（PPGA)超濾膜，再對該膜進行熱處理和磺化，制得PPCA納濾膜。該膜在0.4MPa壓力下對聚乙烯醇1000的截留率達94%,水通量為1.3m/(m2-d)。

利用RO(反滲透）膜疏松化制得的納濾膜有LP-00和NS-300膜等。通過調節超濾膜或反滲透膜的制膜工藝將超過濾膜表層致密化或滲透膜表層疏松化制成納濾膜。

共混法

共混法是將多種高聚物共混。在將兩種或兩種以上的高聚物在液相中進行相轉化成膜時，利用它們之間的協同效應使之成為具納米級表層孔徑的合金納濾膜。利用此法可合成醋酸-三醋酸纖維素（CA-CTA)納濾膜等。

復合法

在微孔基膜復合上一層具納米級孔徑的超薄表層。是目前用得最多也是較有效的制備納濾膜的方法，包括微孔基膜和超薄表層的制備。

復合法為當今制取納濾膜的有效方法。此法是在微孔基膜上，復合上一層具有納米級孔徑的超薄表層。微孔基膜面常用L-S法形成基膜，常用的基膜有聚芳酯、聚砜、聚碳酸酯、聚烯徑等。

超薄表面層采用除層法復合，將S-PS、S-PES制成稀溶液，在基膜上涂布，使溶劑揮發而成。商品化納濾膜，最大操作溫度為45°C,pH值控制范圍為3~9,最大操作壓力為1.7MPa,截留率70%。

涂覆法

對無機鑄膜液如氧化鈦，可先將其形成顆粒細小均勻的氫氧化物膠粒沉淀在無機基膜（如微孔A203基膜）上，再經高溫燒結，并控制只在溶膠-凝膠轉化時晶型的變化，形成納米孔徑；對高聚物鑄膜液，涂刮到基膜后，經外力將鑄膜液壓入基膜的微孔中，再經相轉化成膜，此方法的關鍵是合理選擇基膜。

另外，還可以用此法將有機和無機鑄膜液相結合而制成有機-無機雙活性層納濾膜，從而使有機、無機雙活性層達到膜性能的互補。

利用溶膠-凝膠相轉化原理，將一定濃度的無機或有機聚合電解質沉積在微孔基膜上。作為動力膜材料，可用無機類如Al、Fe等離子的氫氧化物或水合氧化物；有機類如聚丙烯酸、聚乙烯磺酸、聚丙烯酰胺等。由于該類物質親水性較大，故所制得的膜的水通量較大。

界面聚合法

利用P W Morgan的界面聚合原理，使反應物在互不相溶的兩相界面處反應成膜。一般方法就是用微孔基膜吸取溶有一類單體或預聚物的水相，游去過多水相后，在溶有另一單體的油相（如環己院）接觸反應一定時間成膜。

目前，用此法制得的NF膜在1.5~2.0MPa壓差下，對質量分數為0.5%~1.0%的NaCI脫鹽率可達95%~99%。

界面聚合法是目前世界上最有效的制備納濾膜的方法，也是工業化NF膜品種最多、產量最大的方法。為了得到更好的膜性能，一般還需水解荷電化、離子福射或熱處理過程，該方法的關鍵是基膜的選取。

荷電化學法

這是制備納濾膜的重要方法：可以提高膜的耐壓密性、耐酸堿性及抗污染性，同時利用道南離子效應分離不同價態的離子，提高膜的耐壓密性、耐酸堿性及抗污染性及膜的選擇性。

荷電膜大體分兩類：一類是表層荷電膜；另一類是整體荷電膜。荷電的方法很多，并且為了制得高性能的納濾膜，往往和其他方法如共混法、復合法結合。大體上有以下幾種：①表層化學處理；②荷電材料通過L-S相轉化法直接成膜；③含浸法；這是較有效的方法。該方法是將基膜浸入含有荷電材料的溶液中，取出后再借熱、光，輻射等使之交聯固化；④互聚法。

目前工業化的NF膜有許多都是荷電膜，這種膜的制膜關鍵是根據分離對象的性質來決定是荷負電還是荷正電，同時控制好離子交換容電位。膜分離技術是一種高新技術。其具有以下特點：①多數膜分離過程不發生相變化，故能耗低；②膜分離過程可在常溫下進行；③膜分離過程適用的對象廣泛，大到肉眼看得見的顆粒，小到離子和氣體分子;④膜分離過簡單、操作容易、易于自控和維修，投資及運行費用低。

解決膜污染的方法

膜分離技術應用過程中所面臨的最大問題之一是膜污染和劣化。在納濾膜法制備飲用水過程中，造成膜污染的物質主要是地表水和地下水存在的水合狀態的金屬氧化物、含鈣化合物、膠體物質、有機物以及微生物等，具體表現為膜的透過通量減少、膜的荷電性質和膜孔結構發生變化、膜的使用壽命降低，這就是所謂的膜污染現象。

解決膜污染最有效的方法是化學清洗，根據膜材質和膜運染的形成原因選擇合適的化學清洗劑對膜組件進行清洗，可以有效地降低膜運染，改善膜的滲透性。在處理地表水過程中的膜運染主要是微生物和絡合金屬的天然有機沉淀物，因此在膜清洗過程中堿性絡合清洗劑是最有效的，但堿性絡合清洗劑不能去除所有的無機污染物，定期的酸洗可以確保去除無機沉淀物。

影響清洗效果的主要因素還包括溫度、清洗劑濃度、pH值、操作壓力和流量、清洗時間，一般來說，溫度越高，清洗效果越好,但是通常不要用太高的溫度以防止膜的變性。清洗劑的錯流速度似乎對清洗效果沒有影響，操作壓力的增加可能會導致清洗效果的下降，對于不同污染程度和清固洗方法，達到最大清洗效果的時間也是不同的。

膜的污染主要是污泥在膜之間的淤積，微生物、溶解性有機物形成的生物膜和凝膠層，以及無機物沉積形成的污染，為了減緩纖維膜的污染，延長運行周期，可以采用以下的方法：①對于膜組件的結構，可把中空纖維膜設計成薄片狀，膜能充分與水流接觸，這樣污泥就不易淤積，水流可以充分地沖刷膜表面以減緩膜的污染；②在運行的過程中可適當地提高曝氣量沖刷膜表面的沉積物，進行間斷的空曝氣以及進行反沖洗來減緩膜污染，③由于無機污染物對膜堵塞的影響很大，減小進水硬度，可通過化學沉淀法預處理除去無機離子而減小膜污染。

采用既適用又經濟的水作為凝固浴的主要成分，溫度控制在10~15°C:空心度的大小通過芯液流量來控制，芯液量微小的變化可使中空纖維膜內外徑發生較大的變化。同時芯液還起內凝聚作用，改變芯液的組成，可調膜的微觀結構。