納濾膜用于直飲水生產(chǎn)的中試研究
納濾膜是目前生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飲用水的最佳技術(shù)之一，其不僅可以軟化水質(zhì)、適度脫鹽，且可以有效去除三鹵甲烷前體物、色度、細(xì)菌、病毒、溶解性有機(jī)物和鐵、錳、氨氮等無機(jī)離子。
以市政自來水為原水，以納濾膜為主體工藝生產(chǎn)直飲水，考察了納濾膜對(duì)原水中微量有機(jī)物、內(nèi)分泌干擾物及無機(jī)離子等的去除效果，旨在為直飲水的生產(chǎn)提供技術(shù)支持。
1 試驗(yàn)部分
1.1 中試規(guī)模及設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)中試系統(tǒng)設(shè)計(jì)水量為1m3/h，原水為市政自來水，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到國家《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ94—2005)的要求。中試系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1？芍撌姓詠硭軌蚍(wěn)定達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)的要求，但相對(duì)于直飲水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其透明度與飲用凈水相比還有差距，總?cè)芙庑怨腆w(TDS)、SO2-4、CODMn超標(biāo)，氟化物(F-)濃度偏高，需作進(jìn)一步處理。
表1 中試系統(tǒng)進(jìn)、出水水質(zhì)
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1.2 中試工藝流程
中試水處理工藝流程見圖1。
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市政自來水先進(jìn)入調(diào)節(jié)水箱，通過增壓泵進(jìn)入活性炭過濾器，以消除自來水中的余氯、降低微量有機(jī)物的含量；膜前設(shè)精密過濾器，并在精密過濾器前投加阻垢劑；納濾膜出水經(jīng)微電解殺菌器和紫外線殺菌器聯(lián)合殺菌后進(jìn)入凈水水箱。
納濾工藝主要中試設(shè)備及其參數(shù)見表2。
表2 納濾工藝主要中試設(shè)備
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試驗(yàn)采用兩組標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率分別為90%(1#)和70%(2#)的ESNA1-4040納濾膜。由于運(yùn)行過程中產(chǎn)水量和回收率的變化，納濾膜實(shí)際運(yùn)行壓力在0.35～0.75MPa之間。文中“0.7/70%”表示產(chǎn)水量為0.7t/h、回收率為70%的工況。
1.3 分析項(xiàng)目及方法
濁度：濁度儀；CODMn：酸性高錳酸鉀法；阿特拉津：高效液相色譜法；TDS/電導(dǎo)率：TDS/電導(dǎo)率儀；氯化物：硝酸鹽滴定法；氟化物：離子選擇電極法；硬度：EDTA滴定法；堿度：酸堿指示劑滴定法；氨氮：納氏試劑光度法；亞硝酸鹽氮：N-(1-萘基)-乙二胺光度法；硫酸鹽：鉻酸鋇光度法。
2 結(jié)果與討論
2.1 對(duì)濁度的去除效果
濁度是飲用水常規(guī)綜合性感官指標(biāo)之一，其大小與水中細(xì)菌、病毒的含量有直接關(guān)系。兩組納濾膜在0.7/70%工況下對(duì)濁度的去除情況見圖2。
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由圖2可知，兩組納濾膜對(duì)濁度的去除效果均非常好，出水濁度均保持在0.05NTU左右。這是因?yàn)，納濾膜的孔徑通常為1～10nm，其對(duì)自來水中的細(xì)小懸浮物、顆粒物具有極強(qiáng)的篩分作用。
1#納濾膜在不同產(chǎn)水量(0.5～1.0t/h)、不同回收率(50%、60%、70%)下的除濁率見圖3。
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由圖3可知，在相同的產(chǎn)水量(回收率)下，隨回收率(產(chǎn)水量)的增加，出水濁度亦略有增加，但是產(chǎn)水量、回收率變大對(duì)出水濁度的影響不顯著。
2.2 對(duì)微量有機(jī)污染物的去除效果
《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)對(duì)自來水中CODMn的限值為3mg/L，而《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ94—2005)對(duì)水中CODMn的限值為2mg/L。
由于活性炭對(duì)有機(jī)污染物的吸附能力存在吸附飽和及隨原水中CODMn含量波動(dòng)而波動(dòng)的問題，因此在直飲水生產(chǎn)中尋求一種能較徹底地去除微量有機(jī)污染物的技術(shù)顯得尤為重要。兩組納濾膜在0.7/70%工況下，對(duì)自來水中CODMn的去除情況見圖4。
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由圖4可知，盡管試驗(yàn)期間膜進(jìn)水中CODMn的含量波動(dòng)較大(0.8～2.4mg/L)，但兩組納濾膜對(duì)CODMn的去除效果均非常好，出水CODMn均保持在0.5mg/L左右，最低達(dá)0.2mg/L左右。這說明納濾膜對(duì)有機(jī)污染物的去除較徹底，且基本不受進(jìn)水CODMn濃度的影響。
盡管兩組納濾膜的標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率不同，但在相同的試驗(yàn)條件下，其對(duì)水中有機(jī)污染物的去除率相差不大；在不同的試驗(yàn)條件下，納濾膜對(duì)CODMn的去除率一般維持在60%～80%左右。與對(duì)濁度的去除效果一樣，納濾系統(tǒng)產(chǎn)水量、回收率的變化對(duì)出水CODMn的影響不顯著。
2.3 對(duì)阿特拉津的去除效果
隨著環(huán)境污染的加劇，大量的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物EDCs(農(nóng)藥類、鄰苯二甲酸酯類、烷基酚類、雌激素類等)在我國水源水中均有檢出。環(huán)境內(nèi)分泌干擾物進(jìn)入人體或動(dòng)物體后，會(huì)對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)、生殖與發(fā)育、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)產(chǎn)生影響，并具有致癌作用。因此，如何控制和去除飲用水中的EDCs成為目前亟待解決的問題之一。筆者采用加標(biāo)試驗(yàn)，研究了納濾膜對(duì)除草劑———阿特拉津的去除效果。
阿特拉津加標(biāo)試驗(yàn)共進(jìn)行了四次。加標(biāo)后，原水箱中阿特拉津的濃度分別為50、100、200、500μg/L，經(jīng)活性炭過濾后出水中阿特拉津的濃度(即膜進(jìn)水阿特拉津的濃度)分別為20、51、118、266μg/L。在0.7/70%工況、不同污染物濃度下，納濾膜對(duì)阿特拉津的去除效果見圖5(圖例“納濾膜出水×10”表示圖中數(shù)據(jù)為實(shí)際值的10倍)。
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由圖5可知，納濾膜對(duì)內(nèi)分泌干擾物有很好的去除作用，基本可以杜絕飲用水中此類內(nèi)分泌干擾物的危害。該試驗(yàn)條件下，加標(biāo)后再經(jīng)過活性炭吸附，納濾膜進(jìn)水中阿特拉津的濃度仍為20～266μg/L，但膜出水中阿特拉津的濃度維持在0～4.7μg/L，納濾膜對(duì)阿特拉津的去除率為90%～92%。
2.4 對(duì)無機(jī)鹽的去除效果
飲用水中適量的礦物質(zhì)(無機(jī)鹽)有益于人體健康，過高的礦物質(zhì)則會(huì)產(chǎn)生副作用。試驗(yàn)結(jié)果表明，在0.7/70%工況下，1#、2#納濾膜對(duì)TDS的去除率分別在95%、68%左右，與納濾膜的標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率基本一致，出水TDS分別為15、9mg/L左右，出水電導(dǎo)率分別為30、180μS/cm左右。其中，標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率低的納濾膜對(duì)無機(jī)鹽的去除效果受產(chǎn)水量或回收率變化的影響較大；在同一回收率下，隨著產(chǎn)水量的增加，電導(dǎo)率的去除率增加，出水TDS降低。
2.5 對(duì)無機(jī)陽離子的去除效果
試驗(yàn)結(jié)果表明，該試驗(yàn)條件下，納濾膜對(duì)水中總硬度、NH+4、Cr6+都有顯著的去除效果，且標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率高的納濾膜，對(duì)無機(jī)陽離子的去除率相應(yīng)較高。在0.7/70%工況下，1#、2#納濾膜對(duì)總硬度的去除率分別為94.9%、55.8%，對(duì)NH+4的平均去除率分別為92.2%、66.0%；1#納濾膜對(duì)Cr6+的去除率為89.7%。
2.6 對(duì)無機(jī)陰離子的去除效果
由于在試驗(yàn)用自來水中檢測不出NO-2，F(xiàn)-、SO2-4的含量也比較低，故進(jìn)行了加標(biāo)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，納濾膜對(duì)水中堿度、Cl-、F-、SO2-4、NO-2都有顯著的去除效果；標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率高的納濾膜，對(duì)無機(jī)陰離子的去除率相應(yīng)較高。在0.7/70%工況下，1#、2#納濾膜對(duì)堿度的平均去除率分別為94.3%、67.8%，對(duì)Cl-的平均去除率分別為91.6%、68.9%，對(duì)F-的平均去除率分別為91.7%、65%，對(duì)SO2-4的去除率分別為98%、79%，對(duì)NO-2的去除率分別為75%、52.5%。
3 結(jié)論與建議
① 納濾膜可確保直飲水中TDS、CODMn、硫酸鹽、氟化物、濁度等指標(biāo)達(dá)到《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ94—2005)的要求，出水的口感和安全性極佳。
② 納濾膜對(duì)微量有機(jī)污染物、內(nèi)分泌干擾物和無機(jī)離子的去除作用徹底，在確保直飲水清澈透亮和水質(zhì)達(dá)標(biāo)方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢。
③ 納濾膜對(duì)無機(jī)鹽的總?cè)コ屎蛯?duì)各種無機(jī)陰、陽離子的去除率與其標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率基本一致；標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率低的納濾膜對(duì)TDS的去除效果受產(chǎn)水量或回收率變化的影響較大；同一回收率下，隨著產(chǎn)水量的增加，TDS的去除率增加，出水TDS降低。
④ 結(jié)合原水含鹽量的變化情況及直飲水的健康性要求，建議工程中選用標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率為85%左右的納濾膜，水回收率為65%左右。
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