納濾膜分離技術(shù)處理論文
時(shí)間：2022-08-04 10:05:00
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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)行了比較。
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(wú)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(wú)機(jī)離子，且出水pH值變化不大。這種水處理對(duì)于我國(guó)的飲食結(jié)構(gòu)而言，尤其是營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)單一的人員來(lái)說(shuō)，更易被接受，也更加合理。
為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和納濾膜，以便其更有效地于水處理，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(guó)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（LooseRO）膜，是80年代初繼典型的RO復(fù)合膜之后開(kāi)發(fā)出來(lái)的。可這樣來(lái)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(guò)膜（但并不是無(wú)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(guò)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(guò)靜電互相作用，阻礙多價(jià)離子的滲透。根據(jù)［1］說(shuō)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。利用此式，可以推導(dǎo)出體系中的離子分布，以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(guò)濾器→活性炭過(guò)濾→5μm保安過(guò)濾器→NF7→出水。
原水→10μm保安過(guò)濾器→活性炭過(guò)濾→5μm保安過(guò)濾器→NF1→出水。
其中，10μm保安過(guò)濾器用來(lái)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(guò)濾器用以保證膜組件的安全正常使用。
2.2試驗(yàn)結(jié)果的討論
2.2.1TOC結(jié)果比較
為了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(jiàn)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(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(jiàn)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(guò)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(wú)去除能力，說(shuō)明活性炭對(duì)有機(jī)物的去除效果不夠理想；經(jīng)過(guò)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(shuō)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(guò)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(lái)說(shuō)，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。
2.2.3Ames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(wú)機(jī)離子，更加符合我國(guó)的飲食結(jié)構(gòu)，滿足現(xiàn)有條件下人員的健康需要。（3）在納濾膜分離技術(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。
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