納濾膜分離技術處理飲用水的應用研究
摘要：簡要介紹了納濾膜的定義及原理，并利用自行設計的小型設備對納濾NF1、納濾NF7兩種型號膜組件的性能進行了分析比較。
【前言】
膜分離技術是物質(zhì)分離技術中的一個單元操作。膜法分離的最大特點是驅(qū)動力主要為壓力，不伴隨需要大量熱能的變化。因而有節(jié)能、可連續(xù)操作、便于自動化等優(yōu)點。膜分離中的微濾（MF）、超濾（UF）不能脫除各種低分子物質(zhì)，故單獨使用時，出水質(zhì)量仍較差。反滲透膜（RO）有較強的去除率，但在去除有害物質(zhì)的同時也去除了水中大量有益的無機離子，出水呈酸性，不符合人體需要。而納濾膜（NF）分離技術在有效去除水中有害物質(zhì)的同時，還能保留大多數(shù)人體必須的無機離子，且出水pH值變化不大。這種水處理方法對于我國目前的飲食結構而言，尤其是營養(yǎng)結構單一的人員來說，更易被接受，也更加合理。
為進一步開發(fā)和研究納濾膜，以便其更有效地應用于水處理，我們安裝了兩種型號的納濾膜設備并進行了比較研究，這兩種型號的納濾膜均由美國Trisep公司生產(chǎn)，材質(zhì)為PA，型號分別為NF1（NFTS40）和NF7（NFTS80）。
1、納濾膜的定義及分離原理
1.1納濾膜的定義、特點
NF膜早期被稱為松散反滲透（LooseRO）膜，是80年代初繼典型的RO復合膜之后開發(fā)出來的。可這樣來論述“納濾”的概念：適宜于分離分子量在200g/mol以上，分子大小約為1nm的溶解組分的膜工藝。
納濾膜的一個特點是具有離子選擇性：具有一價陰離子的鹽可以大量滲過膜（但并不是無阻擋的），然而膜對具有多價陰離子的鹽（例如硫酸鹽和碳酸鹽）的截留率則高得多。因此，鹽的滲透性主要由陰離子的價態(tài)決定。
1.2納濾膜的分離原理
納濾過程之所以具有離子選擇性，是由于在膜上或者膜中有負的帶電基團，它們通過靜電互相作用，阻礙多價離子的滲透。根據(jù)文獻［1］說明，可能的荷電密度為0.5～2meq/g。
為此，我們可用道南效應加以解釋：
ηj=μj+zj.F.φ
式中ηj——電化學勢；
μj——化學勢；
zj——被考查組分的電荷數(shù)；
F——每摩爾簡單荷電組分的電荷量（稱為法拉第常數(shù)）；
φ——相的內(nèi)電位，并且具有電壓的量綱。
式中的電化學勢不同于熟知的化學勢，是由于附加了zj.F.φ項，該項包括了電場對滲透離子的影響。利用此式，可以推導出體系中的離子分布，以計算出納濾膜的分離性能。
2、納濾膜處理飲用水的應用研究
2.1納濾膜處理飲用水的流程
為增強兩種型號膜組件的可比性，我們采用同一流程，即：
原水→10μm保安過濾器→活性炭過濾→5μm保安過濾器→NF7→出水。
原水→10μm保安過濾器→活性炭過濾→5μm保安過濾器→NF1→出水。
其中，10μm保安過濾器用來除去原水中的懸浮物；活性炭吸附可去除水中的部分有機物；5μm保安過濾器用以保證膜組件的安全正常使用。
2.2試驗結果的分析討論
2.2.1TOC結果比較
為了研究NF1、NF7兩種膜對有機物的去除情況，在相同條件下取原水、活性炭出水及產(chǎn)水率為15%時的NF1、NF7出水水樣測定TOC，結果見圖1.
.jpg) |
由圖1可知，在TOC的去除效果上，活性炭對TOC有一定的去除效果，但仍有一部分未能去除；納濾NF1對TOC的處理效果較好達到93.9%；而納濾NF7對TOC的處理效果不夠理想。
2.2.2色譜-質(zhì)譜聯(lián)機分析結果和討論
取原水，活性炭出水，NF1，NF7出水水樣各20L，經(jīng)吸附、洗脫、濃縮，用色譜-質(zhì)譜聯(lián)機分析。
原水中檢出有機物26種，這些物質(zhì)中有毒有害物質(zhì)11種，占水中有機物總數(shù)量的42.3%，其中優(yōu)先控制污染物2種。原水經(jīng)過活性炭吸附后，有機物去除了17種，新增11種，對其中的9種無去除能力，說明活性炭對有機物的去除效果不夠理想；經(jīng)過膜處理后，NF7出水檢出有機物11種，對致突變物的去除率為75%；NF1出水檢出3種有機物，致突變物的去除率為87.5%.說明在三致物質(zhì)的去除效果上NF1優(yōu)于NF7。
造成以上結果的原因大體可這樣描述：在處理有機物中性組分時，電的相互影響消失了。對于這樣的物料，將根據(jù)其分子的大小進行分離，分子量超過200g/mol的組分被完全截留，而摩爾質(zhì)量較低的小分子則可以滲透。對于有機物料體系來說，以少量測量數(shù)據(jù)為基礎的擴散-溶解模型可以很好地描述納濾膜對有機物的分離特性。
2.2.3Ames試驗結果討論
取原水、活性炭出水、NF7、NF1出水各100L進行吸附、洗脫、濃縮后進行Ames試驗。
2.2.4脫鹽率比較
取NF1、NF7進出水水樣對其電導率進行測定。
3、結論及建議
（1）NF1對TOC的處理效果較NF7及活性炭吸附的效果更為理想，達到93.9%.NF1對水中有機物及三致性的去除效率高，出水Ames試驗結果為陰性。
（2）NF1在去除水中有害物質(zhì)的同時，能夠保留較多的無機離子，更加符合我國目前的飲食結構，滿足現(xiàn)有條件下人員的健康需要。
（3）在應用納濾膜分離技術處理飲用水時，建議使用NF1膜組件。
（4）納濾膜的分離機理及相應的數(shù)學模型需進一步探討。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
