查呂應，丁志斌，曹傳新
(解放軍理工大學 工程兵工程學院，江蘇 南京 210007）

　　摘　要：結合國內外納濾（NF）技術在水處理領域的應用概況，分析了納濾技術用于反滲透海水淡化預處理的技術優勢。我國在NF的應用方面還處于初始階段，應加大抗有機和微生物污染的膜的研究力度，建立示范工程，推進F技術的發展。
　　關鍵詞：納濾（NF）；膜分離；反滲透（RO）；海水淡化；預處理
　　中圖分類號：TU991．26
　　文獻標識嗎：A
　　文章編號：1009－2455（2003）02--0018－03

Evaluation of AppIic8tion of NonofiItr8tion Technology
in Reverse-Osmosis Sea W8ter DesaIin8tion Pre-treatment
ZHA Lu-ying, DING Zhi-bin, CAO Chuan-xin
(The Engineering Institute of the Engineering Corps., PLAUST, Nanjing 210007, China)

　　Abstract: Having considered the general situation of application of nanofiltration (NF) technology in China and outside China in the field of water treatment, the technical advantages of nanofiltration technology for re-verse-osmosis sea water desalination pre-treatment are analyzed. China is shll in an initial stage in NF application and needs to strengthen its study on anti-organic Pollution and anti-microbiological Pollution membranes and to set up model projects in order to promote the development of NF technology.
　　Keywords: nanofiltration (NF); membrane separation; reverse osmosi8 (RO); seawater desalination; pretreatment

1 海水淡化概況和發展趨勢

　　海水淡化是指將含鹽量為35000mg／L的海水淡化至500mg／L以下的飲用水。利用海水淡化技術從海水中制取飲用水已成為人們取得淡水的一種重要手段。目前，世界上裝機應用的海水淡化方法主要有反滲透（RO）、多級閃蒸（MSF）、多效蒸發（MED）和壓汽蒸餾（VC）等，裝機容量以MSF為主，但近年來RO發展相當快，市場份額日漸增大。RO技術與其它方法相比具有投資省、能耗低、建設周期短、易于自動控制、起動運行快等諸多特點。當前國際上納濾膜（NF）技術、反滲透海水脫鹽復合膜技術、電滲析技術（ED）、高回收率
工藝和能量回收技術等高速發展，使RO海水淡化成本進一步下降，前景格外誘人。可以預料RO技術將在不久的將來占據海水淡化的主導地位[1]。

2 反滲透海水淡化（SWRO）預處理

　　由于海水，特別是水溫相對較高的表層海水，不僅硬度偏高，而且含有各種微生物，容易對反滲透膜表面造成污染，導致產水量和脫鹽率下降、組件壓差增大、膜的使用壽命降低等問題。我國已經投入運行的規模較大的海水（苦咸水）淡化工程有浙江省嵊山鎮的500m³則反滲透淡化工程、浙江省嵊泗縣馬跡山的350m³則反滲透淡化工程和遼寧省長海縣的1000m³/d反滲透淡化工程，其中有兩個工程的設備供貨是引進器件的國內成套，說明國內已經基本掌握了海水反滲透淡化工程的設計、供貨、安裝、調試等相關技術。然而也暴露出了包括預處理工藝還亟待改進或提高等在內的一些問題。SWRO中給水的預處理是影響工程安全穩定運行及反滲透經濟性的最關鍵因素之一。
　　 目前在水處理領域使用的反滲透膜通常有卷式醋酸纖維素膜、卷式復合膜和中空纖維式聚酰胺膜等。不同的反滲透膜對進水的水質要求有所不同。但反滲透的預處理需要考慮的因素是一樣的，一要防止懸浮物、膠體及微生物對膜和管道內部的污染與阻塞，二要防止難溶鹽的沉淀結垢。
　　在確定海水淡化給水預處理工藝流程時，主要考慮待處理的海水水質選擇合適的處理工藝，同時考慮使用地點、方式、管理水平以及海水淡化膜的性能等因素，做到既降低成本、簡化操作，又能滿足反滲透進水的水質要求。NF技術具有操作簡單、節能高效、分離迅速等特點，已成為海水淡化、超純水制造、食品工業、環境保護等諸多領域中的一個重要操作單元。

3 NF技術用于水處理國內外概況

　　近幾年來，國內外很多專業人士致力于NF技術應用于SWRO給水預處理和飲用水制備方面的研究和設計，在工程技術上的應用也日漸增多，比較有代表性的有美國佛羅里達州 Royal Palm Beach水廠（1994年8月建成，產水規模236m³／h，采用NF10膜處理地表原水）和法國Jamy水廠（1995年1月建成，產水規模62.5×2m³／h，采用NF70－345膜處理陸地礦井水）等[2]。據1996年9月美國的調查結果顯示，美國對個州內179家脫鹽制飲用水工廠的總裝置產水能力中NF膜軟化法占31％，位居第二，1992年至1996年的4年中NF軟化裝置的水處理能力增加了500％，大大高于其它方法[3]。
　　法國巴黎市郊的Mery－Sur－Oise水廠部分采用了NF膜處理工藝。該廠NF系統于1993年2月正式運行。為了適量保留水中對身體健康有益的離子。硬度、堿度及一些微量元素，1996年該廠開始更換NF膜類型，以新型NF200B取代原來的NF70膜，于1999年9月安裝投產，處理后水質達到預期效果[4]。
　　近年隨著NF技術的發展，國外成功開發出了海水淡化的NF+SWRO+MSF集成技術[5]，其流程圖見圖1。海水經NF技術預處理后，去除了80％以上的硬度，TDS下降了40％左右，且去除了所有的有機污染物，從而提高了SWRO的操作壓力和回收率（回收率可達60％左右），且能保證SWRO膜組件的安全、長期穩定運行，大大提高淡化效益。SWRO過程的濃縮海水硬度低、不易結垢，可再經由MSF處理，獲得淡水，使全過程的回收率可進一步提高到90％左右。

　　沙特阿拉伯的SWCC公司成功地開發出了NF技術作為海水淡化的預處理技術。NF膜用于脫除硬度和總溶解固體，從而提高海水反滲透的操作壓力和系統的回收率，保證膜組件的安全穩定運行[6]。
　　日本、美國等[7]一些水廠，NF膜的水體利用率在80％－90％，操作壓力為0.65－0.89MPa，給水TDS400－900mg／L，硬度（以CaCO3計）為230－350mg／L，透過水20－120mg／L；原水色度為17－115度，透過水的色度≤1－5度，濃縮水可用做深井口注水。
我國把對NF過程的研究與開發列為“九.五”攻關的重點方向之一，大大推動了NF技術的發展。國內首套工業化膜軟化系統——144t/d納濾法制備飲用水示范工程，由國家海洋局杭州水處理中心設計，于1997年4月在山東長島南隍城建成投產，獲得成功。該工程實際運行結果表明，與國內原有的海島苦咸水淡化技術相比，對高硬度水質進行NF膜軟化除硬比電滲析法（ED）出水水質優，且自動化程度大大提高，具有技術經濟的先進性；與反滲透相比，操作壓力低，從而實際能耗較低。

4 納濾（NF）及其用于SWRO給水預處理的技術優勢

　　納濾（NF）是一種新型分子級膜分離技術，是目前世界膜分離領域研究的熱點之一，通常包括以下6個方面的內容：①介于RO與UF之間；②孔徑在1nm以上，一般在1－2nm；③截流相對分子質量在200－1000；④膜材料可以采用多種材質，如醋酸纖維素、醋酸一三醋酸纖維素、磺化聚礬、磺化聚醚硯、芳香聚酰胺復合材料和無機材料等；⑤一般膜表面帶負電；⑤對NaCl的截留率小于90％
[8]。
　　 NF膜的最大特征是膜本體帶有電荷，這使它在很低操作壓力下（僅0．5MPa）仍具有較高的脫鹽率。NF膜對無機離子進行選擇性分離，使得它特別適合于海水的脫鹽處理，通常有以下規律：
　　對陰離子來說，截留率按以下順序上升：
　　NO₃^-，Cl^-，OH^-，SO42^-，CO32^-；
　　對陽離子來說，截留率按以下順序上升[1]：
　　　　H⁺，Na⁺，K⁺，Ca²⁺，Mg²⁺，Cu²⁺。
　　NF膜對有機物的去除與相對分子質量和分子的空間幾何大小有半定量的關系，與分子的化學特性，特別是形成氫鍵的能力有關，通常情況下，NF膜對有機物具有良好的去除效果。其對有機物的去除可用優先吸附一毛細孔流理論解釋I”。羅敏等采用美國Trisep公司的h80納濾膜進行研究認為，TS80膜能使色譜質譜峰豐度降低50％左右[10]。近年出現的NTR7450，NTR7410，TS60等膜品種為新型NF膜，由荷電性、親水性好、能阻抗有機污染的原材料（如磺化聚醚楓等）制成，以去除水中有機物為主要設計目的，對有機物的截留機理主要依賴于有機物的電荷性，不同于傳統的軟化NF膜的機械篩分機理[11]。
　　另外，有研究表明，NF膜對細菌和病毒等也具有良好的去除性能；而且不需添加劑；對色度的去除也非常有效。有業內人士預見，微污染原水的NF膜處理將是未來的發展方向。

5 結語與建議

　　當前，SWRO技術已經成為解決我國沿海地區和世界上許多國家水資源短缺的重要手段，進一步提高淡化效益。降低成本成為新的研究熱點。NF技術的出現標志著膜分離法的一個新概念：可以按原水中的各種成分的去除程度要求，訂做特定分離性質的膜。從NF技術用于水處理在國內外已經成功運行的工程實例來看，NF膜分離性能好，出水水質穩定，運行可靠，而且能耗低、具有較好技術經濟性，用于海水淡化預處理在技術上優勢明顯。隨著高性能膜組件的研制、處理工藝的不斷完善和膜污染防治與清洗方法的不斷改進，NF膜在水處理中必將具有越來越大的競爭能力。
　　目前我國對NF技術的開發和應用還處在初始階段，而國外有些國家已經工業化應用。因此，我國應加快相關示范工程和技術中心的建設，以促進技術的進步、推廣，加速科技成果轉化為實際生產力。對海水淡化預處理來說，當前最需要研發的NF膜應該是：抗污染或低污染的、特別是能夠抵抗有機物與微生物污染的高通量NF膜。此外，研制與開發大型膜組件與膜裝置也日益成為研究熱點，比如將發電、淡化、制鹽和其他產品回收相結合的新工藝、海水綜合利用的資源和節能集成系統等。應向開發智能型、處理效率高、能量綜合利用、符合技術經濟要求的集成性工藝努力。爭取早日實現高性能器件和設備的國產化，尋求我國海水淡化技術的新增長點或具有創新水平的自主技術。

參考文獻：

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　　作者簡介：查呂應（1976－），男，安徽太湖人，碩士研究生，電話（025）4867349，mercury21eh＠163．com。