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爲壓力，不伴隨需要大量熱能的變化。因而有節能、可連續操作、便於自動化等優點。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。這種水處理方法對於我國目前的飲食結構而言，尤其是營養結構單一的人員來說，更易被接受，也更加合理。
爲進一步開發和研究納濾膜，以便其更有效地應用於水處理，我們安裝了兩種型號的納濾膜設備並進行了比較研究，這兩種型號的.納濾膜均由美國Trisep公司生產，材質爲PA，型號分別爲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膜早期被稱爲鬆散反滲透（Loose RO）膜，是80年代初繼典型的RO複合膜之後開發出來的。可這樣來論述“納濾”的概念：適宜於分離分子量在200g/mol以上，分子大小約爲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（但並不是無阻擋的），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，是由於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。根據文獻［1］說明，可能的荷電密度爲0.5～2meq/g.
爲此，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；
F——每摩爾簡單荷電組分的電荷量（稱爲法拉第常數）；
φ——相的內電位，並且具有電壓的量綱。
式中的電化學勢不同於熟知的化學勢，是由於附加了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佈，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
爲增強兩種型號膜組件的可比性，我們採用同一流程，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
爲了研究NF1、NF7兩種膜對有機物的去除情況，在相同條件下取原水、活性炭出水及產水率爲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，經吸附、洗脫、濃縮，用色譜-質譜聯機分析。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，佔水中有機物總數量的42.3%，其中優先控制污染物2種。原水經過活性炭吸附後，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；經過膜處理後，NF7出水檢出有機物11種，對致突變物的去除率爲75%；NF1出水檢出3種有機物，致突變物的去除率爲87.5%.說明在三致物質的去除效果上NF1優於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。對於這樣的物料，將根據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。對於有機物料體系來說，以少量測量數據爲基礎的擴散-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、濃縮後進行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爲理想，達到93.9%1對水中有機物及三致性的去除效率高，出水Ames試驗結果爲陰性。（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模型需進一步探討。
參考文獻：
［1］Jjitsuhara I,Kimura cture and Properties of Charged Ultrafiltration Membranes of Sulfonated Polysulfone.J Chem n,1983,16（5）
［2］Ikeda K,et Composite charged Reverse Osmosis lination,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