废水深度处理工艺分析（三）

四、纳滤膜技术在废水深度处理中的膜污染调控方法（Control of nanofiltration membrane fouling in the advanced treatment of wastewater）

纳滤膜污染调控主要包括进水预处理、膜污染清洗2个方面。

1、进水预处理

如前所述，进水水质与膜污染有着密切关系。在纳滤膜处理废水过程中，采取有效的进水预处理方法可以减缓膜污染，延长膜的使用周期。文献中常用的进水预处理方法及效果如表 5所示。

其中，超滤可以去除造成膜污染的胶体和分子量大于10 kDa的高分子物质，在纳滤预处理中应用较多，但其本身也存在膜污染问题（ Gozalvez Zafrilla et al，2008）；混凝虽然可有效去除进水中的胶体及有机物等，但由于混凝剂通常为铁系、铝系的聚合物，其残留会对纳滤膜造成污染，因此需要在有效去除有机物的前提下尽量降低混凝剂的投加量以减缓纳滤膜的污染过程（Gozalvez Zafrilla et al， 2008）。一方面，在臭氧预处理中，与膜表面吸附力高的功能团被吸附力低的功能团取代，使污染膜较易清洗；另一方面，由于小分子有机物质容易造成膜孔堵塞，所以更易造成膜污染（Wang et al，2010）。此外，多种预处理方法的联用是控制膜污染的有效方法，张泉等指出，混凝与超滤、生物活性炭联用能够提高有机物、氨氮的去除效果，并能降低膜阻力，延长纳滤膜有效运行周期。

进水pH是影响纳滤过程的重要因素。pH不仅会影响纳滤进水中溶质的存在状态，还会对膜的性能（例如表面电荷、膜孔径等）造成影响，进而影响膜的污染（Richards et al，2010）。此外，在高pH条件下，纳滤膜表面的结垢现象会明显加剧。因此，调控进水pH是减缓无机污染的重要保障措施。为减缓纳滤膜表面的结垢现象，一般需将进水pH调节至偏酸性范围（pH为5.5~6.5），Kaya等采用两级纳滤工艺处理造纸废水的研究结果表明，在废水pH为5.6时，膜污染状况优于pH为3和10时的污染状况。也有研究通过向纳滤进水中添加盐酸、柠檬酸或EDTA等来改变进水组成，从而减缓膜污染的产生。

　　表 5 常用纳滤膜预处理方法及其对膜污染的影响效果

2、膜污染清洗

不论采取何种措施，膜污染的产生不可避免。采用物、化清洗方法对受污染膜进行清洗是纳滤系统正常运行的重要保障。物理清洗方法包括水力方法、气液脉冲、反冲洗涤和循环洗涤；化学清洗是利用化学试剂或清洗剂与造成膜污染的物质发生化学反应，恢复膜通量，表 6为常用的化学清洗剂及其作用。

　　    表 6 纳滤膜污染常用化学清洗剂及其作用

清洗体系的建立和膜污染的形成机制和类型有关，鉴于废水水质的复杂性，采用单一清洗剂有时很难达到理想效果，因此需根据膜污染具体类型和形成过程，制定合理的清洗方案。Wang等对纳滤膜处理抗生素制药废水不同预处理出水的清洗策略发现，处理MBR出水时，采用先碱洗后酸洗的清洗策略可以达到较好的清洗效果，但是处理MBR\GAC（颗粒活性炭过滤）出水时，采用先酸洗后碱洗的效果较好，其原因是由于这2种出水中有机物/无机物比例不同，从而造成膜污染性质不同。罗敏等对淋浴污水的纳滤膜污染分析及清洗方案研究发现，在膜污染产生过程中，胶体粒子和有机污染物在膜上沉积和吸附，形成膜表面的一层垢；碳酸盐及金属氧化物垢是逐渐形成的，沉积于胶体垢之上，并缓慢渗入胶体中，因此建立了先用酸性洗液去除上部污垢，并达到松动下层胶体的作用，然后再用碱性洗液清洗的清洗方案。采用超声辅助酸清洗法对纳滤处理含砷咸水的无机污染进行了清洗，比单纯酸清洗可节省1/3~2/3的清洗时间，并可节省酸清洗剂用量。

五、结论和展望（Conclusions and future prospect）

纳滤膜技术是废水再生利用的有效途径，而膜污染问题的解决是实现该技术推广应用的关键所在。系统研究废水深度处理过程中的纳滤膜污染的特征及机理、分析方法和控制策略等，不仅对纳滤膜污染的调控具有指导意义，而且利于纳滤膜的推广应用。今后需解决的问题及研究方向包括：

1、开展纳滤膜在不同废水深度处理中的膜污染机制及其防治的共性研究，准确评估不同废水处理过程中的纳滤膜污染特征，为合理选择膜污染防治策略提供依据。

2、开发新型可靠的膜污染分析方法尤其是多种物质共同作用的膜污染机制研究方法，从微观层次研究污染物、膜表面及污染层之间的相互作用，揭示纳滤膜污染的形成机理。

3、 加强纳滤膜污染的在线监测技术的研究，实现纳滤膜污染的实时调控。

4、 建立纳滤膜深度处理废水过程中的计算机模拟技术，实现对不同废水纳滤膜污染的分析及预测。