纳滤膜分离技术处理饮用水的应用研究

　　摘要：简要介绍了纳滤膜的定义及原理，并利用自行设计的小型设备对纳滤NF1、纳滤NF7两种型号膜组件的性能进行了分析比较。
　　关键词：饮用水 水处理 纳滤 膜分离技术
　　前言
　　膜分离技术是物质分离技术中的一个单元操作。膜法分离的最大特点是驱动力主要为压力，不伴随需要大量热能的变化。因而有节能、可连续操作、便于自动化等优点。膜分离中的微滤（MF）、超滤（UF）不能脱除各种低分子物质，故单独使用时，出水质量仍较差。反渗透膜（RO）有较强的去除率，但在去除有害物质的同时也去除了水中大量有益的无机离子，出水呈酸性，不符合人体需要。而纳滤膜（NF）分离技术在有效去除水中有害物质的同时，还能保留大多数人体必须的无机离子，且出水pH值变化不大。这种水处理方法对于我国目前的饮食结构而言，尤其是营养结构单一的人员来说，更易被接受，也更加合理。
　　为进一步开发和研究纳滤膜，以便其更有效地应用于水处理，我们安装了两种型号的纳滤膜设备并进行了比较研究，这两种型号的纳滤膜均由美国Trisep公司生产，材质为PA，型号分别为NF1（NFTS40）和NF7（NFTS80）。
　　1、纳滤膜的定义及分离原理
　　1.1 纳滤膜的定义、特点
　　NF膜早期被称为松散反渗透（Loose RO）膜，是80年代初继典型的RO复合膜之后开发出来的。可这样来论述＂纳滤＂的概念：适宜于分离分子量在200g/mol以上，分子大小约为1nm的溶解组分的膜工艺。
　　纳滤膜的一个特点是具有离子选择性：具有一价阴离子的盐可以大量渗过膜（但并不是无阻挡的），然而膜对具有多价阴离子的盐（例如硫酸盐和碳酸盐）的截留率则高得多。因此，盐的渗透性主要由阴离子的价态决定。
　　为此，我们可用道南效应加以解释：
　　ηj=μj+zj.F.φ
　　式中ηj——电化学势；
　　μj——化学势；
　　zj——被考查组分的电荷数；
　　F——每摩尔简单荷电组分的电荷量（称为法拉第常数）；
　　φ——相的内电位，并且具有电压的量纲。
　　式中的电化学势不同于熟知的化学势，是由于附加了zj.F.φ项，该项包括了电场对渗透离子的影响。利用此式，可以推导出体系中的离子分布，以计算出纳滤膜的分离性能。
　　2、纳滤膜处理饮用水的应用研究
　　2.1 纳滤膜处理饮用水的流程
　　为增强两种型号膜组件的可比性，我们采用同一流程，即：
　　原水 10μm保安过滤器 活性炭过滤 5μm保安过滤器 NF7 出水。
　　原水 10μm保安过滤器 活性炭过滤 5μm保安过滤器 NF1 出水。
　　其中，10μm保安过滤器用来除去原水中的悬浮物；活性炭吸附可去除水中的部分有机物；5μm保安过滤器用以保证膜组件的安全正常使用。
　　2.2 试验结果的分析讨论
　　2.2.1 TOC结果比较
　　为了研究NF1、NF7两种膜对有机物的去除情况，在相同条件下取原水、活性炭出水及产水率为15%时的NF1、NF7出水水样测定TOC，结果见图1.
　　图1 TOC去除率比较
　　由图1可知，在TOC的去除效果上，活性炭对TOC有一定的去除效果，但仍有一部分未能去除；纳滤NF1对TOC的处理效果较好达到93.9%；而纳滤NF7对TOC的处理效果不够理想。
　　2.2.2 色谱-质谱联机分析结果和讨论
　　造成以上结果的原因大体可这样描述：在处理有机物中性组分时，电的相互影响消失了。对于这样的物料，将根据其分子的大小进行分离，分子量超过200g/mol的组分被完全截留，而摩尔质量较低的小分子则可以渗透。对于有机物料体系来说，以少量测量数据为基础的扩散-溶解模型可以很好地描述纳滤膜对有机物的分离特性。
　　2.2.3 Ames试验结果讨论
　　取原水、活性炭出水、NF7、NF1出水各100L进行吸附、洗脱、浓缩后进行Ames试验．
　　2.2.4 脱盐率比较
　　取NF1、NF7进出水水样对其电导率进行测定．
　　3、结论及建议
　　参考文献：
　　［1］Jjitsuhara I,Kimura S.Structure and Properties of Charged Ultrafiltration Membranes of Sulfonated Polysulfone.J Chem Eng.Japan,1983,16（5）
　　［2］Ikeda K,et al.New Composite charged Reverse Osmosis Membrane.Desalination,1988,68：109 119
　　［3］R Rautenbach著。膜工艺——组件和装置设计基础。王乐夫译。北京：化学出版社，1998
　　［4］徐平。 美国海德能公司分离膜技术应用论文集。 1998