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(jié)能、可連續(xù)操作、便于自動化等優(yōu)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(shù)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(yǎng)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(fā)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(chǎn)，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（Loose RO）膜，是80年代初繼典型的RO復合膜之后開發(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(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(jù)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(shù)；

　　F——每摩爾簡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

　　2.2.1　TOC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(chǎn)水率為15%時的NF1、NF7出水水樣測定TOC，結果見圖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(lián)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(jīng)吸附、洗脫、濃縮，用色譜-質譜聯(lián)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(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(jīng)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(yōu)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(jù)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(shù)據(jù)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。

　　2.2.3　Ames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(xiàn)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(shù)學模型需進一步探討。

　　作者單位：郭珍珍（中國電子工程設計研究院　100840）

　　參考文獻：

　�。�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——組件和裝置設計基礎。王樂夫譯。北京：化學工業(yè)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