翻新时间：2022-11-18
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
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