納濾膜在優質飲用水生產中的應用
1 工藝流程、材料及方法
1.1 工藝流程與材料
研究采取的水處理工藝流程如下：
原水→預處理系統→精濾(1μm或5μm)→納濾膜組件→殺菌系統→優質飲用水
預處理系統通過活性炭過濾器等裝置，主要去除原水中的有機污染物、余氯、鐵、錳、濁度等。1μm或5μm的精濾可有效降低膜前水的濁度，去除細小顆粒或懸浮物。
納濾膜采用美國HYDRANAUTICS公司ESNA1—4040膜或DESALHL4040F膜，材質均為聚酰銨，設計膜組件的水回收率為50%。由于各地原水水質的差異，納濾膜實際運行壓力在0.5～0.9MPa之間不等。
1.2 測試方法
氯化物采用硝酸銀滴定法測定；總硬度采用EDTA滴定法測定；氟化物采用離子選擇電極法測定；氨氮采用納氏試劑分光光度法測定；化學耗氧量采用酸性高錳酸鉀滴定法測定；總堿度采用酸堿滴定法測定。
2 結果和討論
2.1 納濾膜對礦物質的去除效果
飲用水中的礦物質是人體健康所必需的，但要適量。飲用水中過高的礦物質亦會產生副作用，如長期飲用高硬度的水易得結石病。同時，過高的礦物質和硬度亦會影響水的口感。礦物質含量過高，喝起來會感到膩，過少則清淡無味。日本飲用水標準提出的舒適水質項目中TDS為30～200mg/L。對礦物質含量較高的原水，如選用納濾膜作為核心膜過濾元件，便可有效降低原水的礦物質含量。礦物質總體含量以電導率或總溶解性固體表示。
實踐表明，納濾膜對不同地區水中礦物質總量均有相當的去除作用，但去除率(用電導率和總溶解性固體表示)波動較大，絕大多數情況下的去除率集中在50%～70%之間，如表1所示。研究中也發現少數情況下的去除率高達90%左右，這反映出影響納濾膜去除無機離子的因素較多，如離子在水溶液中的有效半徑、水中一價及多價離子的濃度比例、相互影響、當時采用的納濾膜元件本身參數(孔徑大小、膜表面荷電性及進水壓力)等均可能對離子的去除率產生影響。
表1 納濾膜對水中礦物質的去除效果
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隨原水電導率的增加，離子去除率總體呈降低趨勢，如圖1所示。
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Rautenbach R認為，截留率與濃度的這種相關性與道南平衡和遷移離子的屏蔽作用有關。進料溶液中的離子濃度越高，其在膜微孔中的濃度也越高，因此最終在滲透物中的濃度也越高。同時，對負電荷的納濾膜孔壁，正離子被富集在孔壁附近，使得孔內負的固定離子受到這種富集分布的屏蔽。這樣，隨著進料濃度的增加，電荷屏蔽作用增強，更多的陰離子可能從膜中透過，導致膜的截留率下降。
2.2 納濾膜對總硬度及陽離子的去除效果
納濾膜對水中總硬度及鈣離子、鎂離子、銨離子的去除效果見表2。
表2 納濾膜對水中總硬度及鈣、鎂、銨離子的去除效果
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納濾膜對總硬度的去除率比其對陽離子的去除率波動更大，從54%～95%不等。對同一組水樣，納濾膜對總硬度、鈣離子、鎂離子的去除率基本相同，且明顯大于其對銨離子的去除率。研究還發現，同樣條件下，納濾膜對總硬度的去除率大于其對陽離子的去除率，這可能源于納濾膜對二價離子(Ca2+、Mg2+)的去除率大于對一價離子(如銨離子)的去除率。
2.3 納濾膜對總堿度及陰離子的去除效果
納濾膜對總堿度、氯化物、氟化物、硫酸根等陰離子的去除效果見表3。
表3 納濾膜對水中陰離子的去除效果
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納濾膜對上述陰離子有較好的去除率，但去除率與進水中相應離子的濃度大小之間并無嚴格的規律，去除率穩定性較差。在一定的pH值條件下，總堿度實際上代表了HCO-3和CO2-3的總量。總體上看來，納濾膜對硫酸根的去除率要高于對總堿度、氯化物、氟化物的去除率，表明納濾膜對高價陰離子的去除率大于其對一價陰離子的去除率。這一點與納濾膜對一價陽離子和高價陽離子的去除規律是一致的。
2.4 納濾膜對有機物的去除效果
以CODMn和254nm處的紫外吸光度(A254)的去除率來反映納濾膜對水中有機污染物的總體去除效果，結果見表4。
表4 納濾膜對有機污染物的總體去除效果
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納濾膜對預處理系統出水中的有機污染物有更進一步的、相當的去除作用，但CODMn的去除率和A254的去除率都反映出納濾膜在不同條件下、對不同原水中有機物的總體去除效果不等,這可能與水中有機污染物的種類、電性作用、憎水性或親水性及有機物分子質量的大小不同有關。也可能與膜本身的性質如荷電性等有關，如中性有機物，其電性作用的影響減弱甚至消失，此時主要表現為物理截留和篩分作用。PEriksson的研究發現，納濾膜對分子質量＜150的非電離有機物的去除率低，而對分子質量＞300的有機物去除率高。
3 結論
①納濾膜操作壓力低，對預處理的要求相對于反滲透膜簡單，可對原水部分脫鹽和軟化，可進一步去除有機污染物等對人體健康有害的物質，出水口感好，是一種適合于在優質飲用水生產中采用的膜過濾技術。
②不同原水條件下納濾膜對水中礦物質總量、總硬度的去除率波動較大。同樣條件下，納濾膜對總硬度的去除率大于其對陽離子的去除率。隨原水電導率的增加，其去除率總體呈降低趨勢。
③納濾膜對高價離子(如鈣離子、鎂離子、硫酸根)的去除率大于其對一價離子(如銨離子、總堿度、氯化物、氟化物)的去除率。
④納濾膜對單個離子及有機污染物總量的去除率高低與進水中相應離子濃度大小或有機物總體含量大小之間并無嚴格的規律，去除率穩定性較差。
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