納濾膜分離技術處理飲用水的應用研究

納濾膜分離技術處理飲用水的應用研究納濾膜別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擬。關鍵詞：飲用水水處理納濾膜別離技術

前言

膜別離技術是物質(zhì)別離技術中的一個單元操作。膜法別離的最大特點是驅(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。膜別離中的微濾〔MF〕、超濾〔UF〕不能脫除各種低分子物質(zhì)，故獨自使用時，出水質(zhì)量仍較差。反滲透膜〔RO〕有較強的清除率，但在清除有害物質(zhì)的同時也清除了水中大量有益的無機離子，出水呈酸性，不合乎人體需要。而納濾膜〔NF〕別離技術在有效清除水中有害物質(zhì)的同時，還能保存大多數(shù)人體必須的無機離子，且出水pH值變化不大。這種水處理辦法對于我國目前的飲食結(jié)構(gòu)而言，尤其是營養(yǎng)結(jié)構(gòu)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擬研究，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、納濾膜的定義及別離原理

1.1納濾膜的定義、特點

NF膜早期被稱為渙散反滲透〔LooseRO〕膜，是80年代初繼典型的RO復合膜之后開發(fā)出來的?？蛇@樣來論述“納濾〞的概念：合適于別離分子量在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〔示例硫酸鹽和碳酸鹽〕的截留率那么高得多。因此，鹽的滲透性主要由陰離子的價態(tài)決定。

1.2納濾膜的別離原理

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，妨礙多價離子的滲透。根據(jù)文獻［1］表明，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，以計算出納濾膜的別離性能。

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；活性炭吸附可清除水中的局部有機物；5μm保安過濾器用以保證膜組件的平安正常使用。

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2.2試驗結(jié)果的分析討論

2.2.1TOC結(jié)果比擬

為了研究NF1、NF7兩種膜對有機物的清除情況，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(jié)果見圖1.

圖1TOC清除率比擬

由圖1可知，在TOC的清除效果上，活性炭對TOC有一定的清除效果，但仍有一局部未能清除；納濾NF1對TOC的處理效果較好到達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(jié)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。GC/MS結(jié)果見表1.

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，有機物清除了17種，新增11種，對其中的9種無清除能力，表明活性炭對有機物的清除效果不夠理想；經(jīng)過膜處理后，NF7出水檢出有機物11種，對致突變物的清除率為75%；NF1出水檢出3種有機物，致突變物的清除率為87.5%.表明在三致物質(zhì)的清除效果上NF1優(yōu)于NF7.

造成以上結(jié)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)其分子的大小進行別離，分子量超過200g/mol的組分被完全截留，而摩爾質(zhì)量較低的小分子那么可以滲透。對于有機物料體系來說，以少量測量數(shù)據(jù)為根底的擴散-溶解模型可以很好地描述納濾膜對有機物的別離特性。

2.2.3Ames試驗結(jié)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脫鹽率比擬

取NF1、NF7進出水水樣對其電導率進行測定．

3、結(jié)論及倡議

〔1〕NF1對TOC的處理效果較NF7及活性炭吸附的效果更為理想，到達93.9%.NF1對水中有機物及三致性的清除效率高，出水Ames試驗結(jié)果為陰性?！?〕NF1在清除水中有害物質(zhì)的同時，能夠保存較多的無機離子，更加合乎我國目前的飲食結(jié)構(gòu)，滿足現(xiàn)有條件下人員的健康需要。〔3〕在應用納濾膜別離技術處理飲用水時，倡議使用NF1膜組件?！?〕納濾膜的別離機理及相應的數(shù)學模型需進一步探討。

參考文獻：

［1］JjitsuharaI,KimuraS.StructureandPropertiesofChargedUltrafiltrationMembranesofSulfonatedPolysulfone.JChemEng.Japan,1983,16〔5〕

［2］IkedaK,etal.NewCompositechargedReverseOsmosisMembrane