纳滤膜分离技术处理饮用水的应用研究-论文

1 / 5 纳滤膜分离技术处理饮用水的应用研究（郭珍珍） 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、超滤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和 NF7。 2 / 5 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，然而膜对具有多价阴离子的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。 1.2纳滤膜的分离原理 纳滤过程之所以具有离子选择性，是由于在膜上或者膜中有负的带电基团，它们通过静电互相作用，阻碍多价离子的渗透。根据文献 1说明，可能的荷电密度为 0.5 2meq/g. 为此，我们可用道南效应加以解释： j=j+zj.F. 式中 j 电化学势； j 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； 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. 项，该项包括了电场对渗透离子的影响。利用此式，3 / 5 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。 、纳滤膜处理饮用水的应用研究 .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 10m 保安过滤器 活性炭过滤 5m 保安过滤器 NF7 出水。 原水 10m 保安过滤器 活性炭过滤 5m 保安过滤器 NF1 出水。 其中， 10m 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； 5m 保安过滤器用以保证膜组件的安全正常使用。 .2试验结果的分析讨论 .2.1TOC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. 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。 4 / 5 .2.2色谱 -质谱联机分析结果和讨论 取原水，活性炭出水， NF1， NF7出水水样各 20L，经吸附、洗脱、浓缩，用色谱 -质谱联机分析。 原水中检出有机物 26 种，这些物质中有毒有害物质 11种，占水中有机物总数量的 42.3%，其中优先控制污染物 2种。原水经过活性炭吸附后，有机物去除了 17 种，新增 11种，对其中的 9种无去除能力，说明活性炭对有机物的去除效果不够理想；经 过膜处理后， NF7 出水检出有机物 11种，对致突变物的去除率为 75%； NF1 出水检出 3 种有机物，致突变物的去除率为 87.5%.说明在三致物质的去除效果上 NF1优于 NF7. 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。 .2.3Ames 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 .2.4脱盐率比较 取 NF1、 NF7 进出水水样对其电导率进行测定 5 / 5 、结论及建议 NF1 对 TOC 的处理效果较 NF7 及活性炭吸附的效果更为理想，达到 93.9%.NF1对水中有机物及三致性的去除效率高，出水 Ames试验结果为阴性。 NF1在