納濾膜分離技術管理

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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較。

關鍵詞：飲用水水處理納濾膜分離技術

前言

膜分離技術是物質分離技術中的一個單元操作。膜法分離的最大特點是驅動力主要為壓力，不伴隨需要大量熱能的變化。因而有節能、可連續操作、便于自動化等優點。膜分離中的微濾（mf）、超濾（uf）不能脫除各種低分子物質，故單獨使用時，出水質量仍較差。反滲透膜（ro）有較強的去除率，但在去除有害物質的同時也去除了水中大量有益的無機離子，出水呈酸性，不符合人體需要。而納濾膜（nf）分離技術在有效去除水中有害物質的同時，還能保留大多數人體必須的無機離子，且出水ph值變化不大。這種水處理方法對于我國目前的飲食結構而言，尤其是營養結構單一的人員來說，更易被接受，也更加合理。

為進一步開發和研究納濾膜，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較研究，這兩種型號的納濾膜均由美國trisep公司生產，材質為pa，型號分別為nf1（nfts40）和nf7（nfts80）。

1、納濾膜的定義及分離原理

1.1納濾膜的定義、特點

nf膜早期被稱為松散反滲透（loosero）膜，是80年代初繼典型的ro復合膜之后開發出來的?？蛇@樣來論述“納濾”的概念：適宜于分離分子量在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（例如硫酸鹽和碳酸鹽）的截留率則高得多。因此，鹽的滲透性主要由陰離子的價態決定。

1.2納濾膜的分離原理

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，阻礙多價離子的滲透。根據文獻［1］說明，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；

f——每摩爾簡單荷電組分的電荷量（稱為法拉第常數）；

φ——相的內電位，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，以計算出納濾膜的分離性能。

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；活性炭吸附可去除水中的部分有機物；5μm保安過濾器用以保證膜組件的安全正常使用。

2.2試驗結果的分析討論

2.2.1toc結果比較

為了研究nf1、nf7兩種膜對有機物的去除情況，在相同條件下取原水、活性炭出水及產水率為15%時的nf1、nf7出水水樣測定toc，結果見圖1.

圖1toc去除率比較

由圖1可知，在toc的去除效果上，活性炭對toc有一定的去除效果，但仍有一部分未能去除；納濾nf1對toc的處理效果較好達到93.9%；而納濾nf7對toc的處理效果不夠理想。

2.2.2色譜-質譜聯機分析結果和討論

取原水，活性炭出水，nf1，nf7出水水樣各20l，經吸附、洗脫、濃縮，用色譜-質譜聯機分析。gc/ms結果見表1.

原水中檢出有機物26種，這些物質中有毒有害物質11種，占水中有機物總數量的42.3%，其中優先控制污染物2種。原水經過活性炭吸附后，有機物去除了17種，新增11種，對其中的9種無去除能力，說明活性炭對有機物的去除效果不夠理想；經過膜處理后，nf7出水檢出有機物11種，對致突變物的去除率為75%；nf1出水檢出3種有機物，致突變物的去除率為87.5%.說明在三致物質的去除效果上nf1優于nf7.

造成以上結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，將根據其分子的大小進行分離，分子量超過200g/mol的組分被完全截留，而摩爾質量較低的小分子則可以滲透。對于有機物料體系來說，以少量測量數據為基礎的擴散-溶解模型可以很好地描述納濾膜對有機物的分離特性。

2.2.3ames試驗結果討論

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脫鹽率比較

取nf1、nf7進出水水樣對其電導率進行測定．

3、結論及建議

（1）nf1對toc的處理效果較nf7及活性炭吸附的效果更為理想，達到93.9%.nf1對水中有機物及三致性的去除效率高，出水ames試驗結果為陰性。（2）nf1在去除水中有害物質的同時，能夠保留較多的無機離子，更加符合我國目前的飲食結構，滿足現有條件下人員的健康需要。（3）在應用納濾膜分離技術處理飲用水時，建議使用nf1膜組件。（4）納濾膜的分離機理及相應的數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.desalination,1988,68：109～119

［3］rrautenbach著。膜工藝——組件和裝置設計基礎。王樂夫譯。北京：化學工業出版社，1998

［4］徐平。美國海德能公司分離膜技術應用論文集。1998