摘要：簡(jiǎn)要介紹了納濾膜的定義及原理，并利用自行設(shè)計(jì)的小型設(shè)備對(duì)納濾NF1、納濾NF7兩種型號(hào)膜組件的性能進(jìn)行了分析比較。

　　關(guān)鍵詞：飲用水　水處理　納濾　膜分離技術(shù)

　　前言

　　膜分離技術(shù)是物質(zhì)分離技術(shù)中的一個(gè)單元操作。膜法分離的最大特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)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(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。膜分離中的微濾（MF）、超濾（UF）不能脫除各種低分子物質(zhì)，故單獨(dú)使用時(shí)，出水質(zhì)量仍較差。反滲透膜（RO）有較強(qiáng)的去除率，但在去除有害物質(zhì)的同時(shí)也去除了水中大量有益的無機(jī)離子，出水呈酸性，不符合人體需要。而納濾膜（NF）分離技術(shù)在有效去除水中有害物質(zhì)的同時(shí)，還能保留大多數(shù)人體必須的無機(jī)離子，且出水pH值變化不大。這種水處理方法對(duì)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(jìn)一步開發(fā)和研究納濾膜，以便其更有效地應(yīng)用于水處理，我們安裝了兩種型號(hào)的納濾膜設(shè)備并進(jìn)行了比較研究，這兩種型號(hào)的納濾膜均由美國Trisep公司生產(chǎn)，材質(zhì)為PA，型號(hào)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(diǎn)

　　NF膜早期被稱為松散反滲透（Loose RO）膜，是80年代初繼典型的RO復(fù)合膜之后開發(fā)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(gè)特點(diǎn)是具有離子選擇性：具有一價(jià)陰離子的鹽可以大量滲過膜（但并不是無阻擋的），然而膜對(duì)具有多價(jià)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(jià)態(tài)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(fù)的帶電基團(tuán)，它們通過靜電互相作用，阻礙多價(jià)離子的滲透。根據(jù)文獻(xiàn)［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(yīng)加以解釋：

　　ηj=μj+zj.F.φ

　　式中ηj——電化學(xué)勢(shì)；

　　μj——化學(xué)勢(shì)；

　　zj——被考查組分的電荷數(shù)；

　　F——每摩爾簡(jiǎn)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(xué)勢(shì)不同于熟知的化學(xué)勢(shì)，是由于附加了zj.F.φ項(xiàng)，該項(xiàng)包括了電場(chǎng)對(duì)滲透離子的影響。利用此式，可以推導(dǎo)出體系中的離子分布，以計(jì)算出納濾膜的分離性能。

　　2、納濾膜處理飲用水的應(yīng)用研究

　　2.1　納濾膜處理飲用水的流程

　　為增強(qiáng)兩種型號(hào)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(jī)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(yàn)結(jié)果的分析討論

　　2.2.1　TOC結(jié)果比較

　　為了研究NF1、NF7兩種膜對(duì)有機(jī)物的去除情況，在相同條件下取原水、活性炭出水及產(chǎn)水率為15%時(shí)的NF1、NF7出水水樣測(cè)定TOC，結(jié)果見圖1.

　　圖1　TOC去除率比較

　　由圖1可知，在TOC的去除效果上，活性炭對(duì)TOC有一定的去除效果，但仍有一部分未能去除；納濾NF1對(duì)TOC的處理效果較好達(dá)到93.9%；而納濾NF7對(duì)TOC的處理效果不夠理想。

　　2.2.2　色譜-質(zhì)譜聯(lián)機(jī)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(jī)分析。GC/MS結(jié)果見表1.

　原水中檢出有機(jī)物26種，這些物質(zhì)中有毒有害物質(zhì)11種，占水中有機(jī)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(jī)物去除了17種，新增11種，對(duì)其中的9種無去除能力，說明活性炭對(duì)有機(jī)物的去除效果不夠理想；經(jīng)過膜處理后，NF7出水檢出有機(jī)物11種，對(duì)致突變物的去除率為75%；NF1出水檢出3種有機(jī)物，致突變物的去除率為87.5%.說明在三致物質(zhì)的去除效果上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(jī)物中性組分時(shí)，電的相互影響消失了。對(duì)于這樣的物料，將根據(jù)其分子的大小進(jìn)行分離，分子量超過200g/mol的組分被完全截留，而摩爾質(zhì)量較低的小分子則可以滲透。對(duì)于有機(jī)物料體系來說，以少量測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的擴(kuò)散-溶解模型可以很好地描述納濾膜對(duì)有機(jī)物的分離特性。

　　2.2.3　Ames試驗(yàn)結(jié)果討論

　　取原水、活性炭出水、NF7、NF1出水各100L進(jìn)行吸附、洗脫、濃縮后進(jìn)行Ames試驗(yàn)．

　　2.2.4　脫鹽率比較

　　取NF1、NF7進(jìn)出水水樣對(duì)其電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)定．

　　3、結(jié)論及建議

　�。�1）NF1對(duì)TOC的處理效果較NF7及活性炭吸附的效果更為理想，達(dá)到93.9%.NF1對(duì)水中有機(jī)物及三致性的去除效率高，出水Ames試驗(yàn)結(jié)果為陰性。（2）NF1在去除水中有害物質(zhì)的同時(shí)，能夠保留較多的無機(jī)離子，更加符合我國目前的飲食結(jié)構(gòu)，滿足現(xiàn)有條件下人員的健康需要。（3）在應(yīng)用納濾膜分離技術(shù)處理飲用水時(shí)，建議使用NF1膜組件。（4）納濾膜的分離機(jī)理及相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型需進(jìn)一步探討。

　　作者單位：郭珍珍（中國電子工程設(shè)計(jì)研究院　100840）

　　參考文獻(xiàn)：

　　［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。膜工藝——組件和裝置設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。王樂夫譯。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998

　�。�4］徐平。 美國海德能公司分離膜技術(shù)應(yīng)用論文集。 1998