納濾膜用于直飲水生產的中試研究
納濾膜是目前生產優質飲用水的最佳技術之一，其不僅可以軟化水質、適度脫鹽，且可以有效去除三鹵甲烷前體物、色度、細菌、病毒、溶解性有機物和鐵、錳、氨氮等無機離子。
以市政自來水為原水，以納濾膜為主體工藝生產直飲水，考察了納濾膜對原水中微量有機物、內分泌干擾物及無機離子等的去除效果，旨在為直飲水的生產提供技術支持。
1 試驗部分
1.1 中試規模及設計進、出水水質中試系統設計水量為1m3/h，原水為市政自來水，設計出水水質達到國家《飲用凈水水質標準》(CJ94—2005)的要求。中試系統設計進、出水水質見表1。可知該市政自來水能夠穩定達到《生活飲用水衛生標準》(GB5749—2006)的要求，但相對于直飲水水質標準，其透明度與飲用凈水相比還有差距，總溶解性固體(TDS)、SO2-4、CODMn超標，氟化物(F-)濃度偏高，需作進一步處理。
表1 中試系統進、出水水質
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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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市政自來水先進入調節水箱，通過增壓泵進入活性炭過濾器，以消除自來水中的余氯、降低微量有機物的含量；膜前設精密過濾器，并在精密過濾器前投加阻垢劑；納濾膜出水經微電解殺菌器和紫外線殺菌器聯合殺菌后進入凈水水箱。
納濾工藝主要中試設備及其參數見表2。
表2 納濾工藝主要中試設備
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試驗采用兩組標準脫鹽率分別為90%(1#)和70%(2#)的ESNA1-4040納濾膜。由于運行過程中產水量和回收率的變化，納濾膜實際運行壓力在0.35～0.75MPa之間。文中“0.7/70%”表示產水量為0.7t/h、回收率為70%的工況。
1.3 分析項目及方法
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/電導率：TDS/電導率儀；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 結果與討論
2.1 對濁度的去除效果
濁度是飲用水常規綜合性感官指標之一，其大小與水中細菌、病毒的含量有直接關系。兩組納濾膜在0.7/70%工況下對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。這是因為，納濾膜的孔徑通常為1～10nm，其對自來水中的細小懸浮物、顆粒物具有極強的篩分作用。
1#納濾膜在不同產水量(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，在相同的產水量(回收率)下，隨回收率(產水量)的增加，出水濁度亦略有增加，但是產水量、回收率變大對出水濁度的影響不顯著。
2.2 對微量有機污染物的去除效果
《生活飲用水衛生標準》(GB5749—2006)對自來水中CODMn的限值為3mg/L，而《飲用凈水水質標準》(CJ94—2005)對水中CODMn的限值為2mg/L。
由于活性炭對有機污染物的吸附能力存在吸附飽和及隨原水中CODMn含量波動而波動的問題，因此在直飲水生產中尋求一種能較徹底地去除微量有機污染物的技術顯得尤為重要。兩組納濾膜在0.7/70%工況下，對自來水中CODMn的去除情況見圖4。
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由圖4可知，盡管試驗期間膜進水中CODMn的含量波動較大(0.8～2.4mg/L)，但兩組納濾膜對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0.2mg/L左右。這說明納濾膜對有機污染物的去除較徹底，且基本不受進水CODMn濃度的影響。
盡管兩組納濾膜的標準脫鹽率不同，但在相同的試驗條件下，其對水中有機污染物的去除率相差不大；在不同的試驗條件下，納濾膜對CODMn的去除率一般維持在60%～80%左右。與對濁度的去除效果一樣，納濾系統產水量、回收率的變化對出水CODMn的影響不顯著。
2.3 對阿特拉津的去除效果
隨著環境污染的加劇，大量的環境內分泌干擾物EDCs(農藥類、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。環境內分泌干擾物進入人體或動物體后，會對內分泌系統、生殖與發育、神經系統、免疫系統產生影響，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。筆者采用加標試驗，研究了納濾膜對除草劑———阿特拉津的去除效果。
阿特拉津加標試驗共進行了四次。加標后，原水箱中阿特拉津的濃度分別為50、100、200、500μg/L，經活性炭過濾后出水中阿特拉津的濃度(即膜進水阿特拉津的濃度)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”表示圖中數據為實際值的10倍)。
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由圖5可知，納濾膜對內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分泌干擾物的危害。該試驗條件下，加標后再經過活性炭吸附，納濾膜進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，納濾膜對阿特拉津的去除率為90%～92%。
2.4 對無機鹽的去除效果
飲用水中適量的礦物質(無機鹽)有益于人體健康，過高的礦物質則會產生副作用。試驗結果表明，在0.7/70%工況下，1#、2#納濾膜對TDS的去除率分別在95%、68%左右，與納濾膜的標準脫鹽率基本一致，出水TDS分別為15、9mg/L左右，出水電導率分別為30、180μS/cm左右。其中，標準脫鹽率低的納濾膜對無機鹽的去除效果受產水量或回收率變化的影響較大；在同一回收率下，隨著產水量的增加，電導率的去除率增加，出水TDS降低。
2.5 對無機陽離子的去除效果
試驗結果表明，該試驗條件下，納濾膜對水中總硬度、NH+4、Cr6+都有顯著的去除效果，且標準脫鹽率高的納濾膜，對無機陽離子的去除率相應較高。在0.7/70%工況下，1#、2#納濾膜對總硬度的去除率分別為94.9%、55.8%，對NH+4的平均去除率分別為92.2%、66.0%；1#納濾膜對Cr6+的去除率為89.7%。
2.6 對無機陰離子的去除效果
由于在試驗用自來水中檢測不出NO-2，F-、SO2-4的含量也比較低，故進行了加標試驗。試驗結果表明，納濾膜對水中堿度、Cl-、F-、SO2-4、NO-2都有顯著的去除效果；標準脫鹽率高的納濾膜，對無機陰離子的去除率相應較高。在0.7/70%工況下，1#、2#納濾膜對堿度的平均去除率分別為94.3%、67.8%，對Cl-的平均去除率分別為91.6%、68.9%，對F-的平均去除率分別為91.7%、65%，對SO2-4的去除率分別為98%、79%，對NO-2的去除率分別為75%、52.5%。
3 結論與建議
① 納濾膜可確保直飲水中TDS、CODMn、硫酸鹽、氟化物、濁度等指標達到《飲用凈水水質標準》(CJ94—2005)的要求，出水的口感和安全性極佳。
② 納濾膜對微量有機污染物、內分泌干擾物和無機離子的去除作用徹底，在確保直飲水清澈透亮和水質達標方面具有絕對的優勢。
③ 納濾膜對無機鹽的總去除率和對各種無機陰、陽離子的去除率與其標準脫鹽率基本一致；標準脫鹽率低的納濾膜對TDS的去除效果受產水量或回收率變化的影響較大；同一回收率下，隨著產水量的增加，TDS的去除率增加，出水TDS降低。
④ 結合原水含鹽量的變化情況及直飲水的健康性要求，建議工程中選用標準脫鹽率為85%左右的納濾膜，水回收率為65%左右。
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