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(yù)處理系統(tǒng)→精濾(1μm或5μm)→納濾膜組件→殺菌系統(tǒng)→優(yōu)質(zhì)飲用水

預(yù)處理系統(tǒng)通過活性炭過濾器等裝置，主要去除原水中的有機(jī)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(xì)小顆粒或懸浮物。

納濾膜采用美國(guó)HYDRANAUTICS公司ESNA1—4040膜或DESALHL4040F膜，材質(zhì)均為聚酰銨，設(shè)計(jì)膜組件的水回收率為50%。由于各地原水水質(zhì)的差異，納濾膜實(shí)際運(yùn)行壓力在0.5～0.9MPa之間不等。

1.2　測(cè)試方法

氯化物采用硝酸銀滴定法測(cè)定；總硬度采用EDTA滴定法測(cè)定；氟化物采用離子選擇電極法測(cè)定；氨氮采用納氏試劑分光光度法測(cè)定；化學(xué)耗氧量采用酸性高錳酸鉀滴定法測(cè)定；總堿度采用酸堿滴定法測(cè)定。

2　結(jié)果和討論

2.1　納濾膜對(duì)礦物質(zhì)的去除效果

飲用水中的礦物質(zhì)是人體健康所必需的，但要適量。飲用水中過高的礦物質(zhì)亦會(huì)產(chǎn)生副作用，如長(zhǎng)期飲用高硬度的水易得結(jié)石病。同時(shí)，過高的礦物質(zhì)和硬度亦會(huì)影響水的口感。礦物質(zhì)含量過高，喝起來會(huì)感到膩，過少則清淡無味。日本飲用水標(biāo)準(zhǔn)提出的舒適水質(zhì)項(xiàng)目中TDS為30～200mg/L。對(duì)礦物質(zhì)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(zhì)含量。礦物質(zhì)總體含量以電導(dǎo)率或總?cè)芙庑怨腆w表示。

實(shí)踐表明，納濾膜對(duì)不同地區(qū)水中礦物質(zhì)總量均有相當(dāng)?shù)娜コ饔�，但去除�?用電導(dǎo)率和總?cè)芙庑怨腆w表示)波動(dòng)較大，絕大多數(shù)情況下的去除率集中在50%～70%之間，如表1所示。研究中也發(fā)現(xiàn)少數(shù)情況下的去除率高達(dá)90%左右，這反映出影響納濾膜去除無機(jī)離子的因素較多，如離子在水溶液中的有效半徑、水中一價(jià)及多價(jià)離子的濃度比例、相互影響、當(dāng)時(shí)采用的納濾膜元件本身參數(shù)(孔徑大小、膜表面荷電性及進(jìn)水壓力)等均可能對(duì)離子的去除率產(chǎn)生影響。

表1　納濾膜對(duì)水中礦物質(zhì)的去除效果

隨原水電導(dǎo)率的增加，離子去除率總體呈降低趨勢(shì)，如圖1所示。

Rautenbach R認(rèn)為，截留率與濃度的這種相關(guān)性與道南平衡和遷移離子的屏蔽作用有關(guān)。進(jìn)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(shí)，對(duì)負(fù)電荷的納濾膜孔壁，正離子被富集在孔壁附近，使得孔內(nèi)負(fù)的固定離子受到這種富集分布的屏蔽。這樣，隨著進(jìn)料濃度的增加，電荷屏蔽作用增強(qiáng)，更多的陰離子可能從膜中透過，導(dǎo)致膜的截留率下降。

2.2　納濾膜對(duì)總硬度及陽(yáng)離子的去除效果

納濾膜對(duì)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(duì)水中總硬度及鈣、鎂、銨離子的去除效果

納濾膜對(duì)總硬度的去除率比其對(duì)陽(yáng)離子的去除率波動(dòng)更大，從54%～95%不等。對(duì)同一組水樣，納濾膜對(duì)總硬度、鈣離子、鎂離子的去除率基本相同，且明顯大于其對(duì)銨離子的去除率。研究還發(fā)現(xiàn)，同樣條件下，納濾膜對(duì)總硬度的去除率大于其對(duì)陽(yáng)離子的去除率，這可能源于納濾膜對(duì)二價(jià)離子(Ca2+、Mg2+)的去除率大于對(duì)一價(jià)離子(如銨離子)的去除率。

2.3　納濾膜對(duì)總堿度及陰離子的去除效果

納濾膜對(duì)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(duì)水中陰離子的去除效果

納濾膜對(duì)上述陰離子有較好的去除率，但去除率與進(jìn)水中相應(yīng)離子的濃度大小之間并無嚴(yán)格的規(guī)律，去除率穩(wěn)定性較差。在一定的pH值條件下，總堿度實(shí)際上代表了HCO-3和CO2-3的總量�？傮w上看來，納濾膜對(duì)硫酸根的去除率要高于對(duì)總堿度、氯化物、氟化物的去除率，表明納濾膜對(duì)高價(jià)陰離子的去除率大于其對(duì)一價(jià)陰離子的去除率。這一點(diǎn)與納濾膜對(duì)一價(jià)陽(yáng)離子和高價(jià)陽(yáng)離子的去除規(guī)律是一致的。

2.4　納濾膜對(duì)有機(jī)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(duì)水中有機(jī)污染物的總體去除效果，結(jié)果見表4。

表4　納濾膜對(duì)有機(jī)污染物的總體去除效果

納濾膜對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)出水中的有機(jī)污染物有更進(jìn)一步的、相當(dāng)?shù)娜コ饔�，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(duì)不同原水中有機(jī)物的總體去除效果不等,這可能與水中有機(jī)污染物的種類、電性作用、憎水性或親水性及有機(jī)物分子質(zhì)量的大小不同有關(guān)。也可能與膜本身的性質(zhì)如荷電性等有關(guān)，如中性有機(jī)物，其電性作用的影響減弱甚至消失，此時(shí)主要表現(xiàn)為物理截留和篩分作用。PEriksson的研究發(fā)現(xiàn)，納濾膜對(duì)分子質(zhì)量＜150的非電離有機(jī)物的去除率低，而對(duì)分子質(zhì)量＞300的有機(jī)物去除率高。

3　結(jié)論

①納濾膜操作壓力低，對(duì)預(yù)處理的要求相對(duì)于反滲透膜簡(jiǎn)單，可對(duì)原水部分脫鹽和軟化，可進(jìn)一步去除有機(jī)污染物等對(duì)人體健康有害的物質(zhì)，出水口感好，是一種適合于在優(yōu)質(zhì)飲用水生產(chǎn)中采用的膜過濾技術(shù)。

②不同原水條件下納濾膜對(duì)水中礦物質(zhì)總量、總硬度的去除率波動(dòng)較大。同樣條件下，納濾膜對(duì)總硬度的去除率大于其對(duì)陽(yáng)離子的去除率。隨原水電導(dǎo)率的增加，其去除率總體呈降低趨勢(shì)。

③納濾膜對(duì)高價(jià)離子(如鈣離子、鎂離子、硫酸根)的去除率大于其對(duì)一價(jià)離子(如銨離子、總堿度、氯化物、氟化物)的去除率。

④納濾膜對(duì)單個(gè)離子及有機(jī)污染物總量的去除率高低與進(jìn)水中相應(yīng)離子濃度大小或有機(jī)物總體含量大小之間并無嚴(yán)格的規(guī)律，去除率穩(wěn)定性較差。

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