納濾膜分離技術(shù)處理飲用水的應用研究

納濾膜分離技術(shù)處理飲用水的應用研究納濾膜別離技術(shù)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(shè)計的小型設(shè)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(guān)鍵詞：飲用水水處理納濾膜別離技術(shù)

前言

膜別離技術(shù)是物質(zhì)別離技術(shù)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(shù)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(shè)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。〔2〕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?！?〕在應用納濾膜別離技術(shù)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