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          納濾膜分離技術管理

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          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。因而有節能、可連續操作、便于自動化等優點。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。這種水處理方法對于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。

          為進一步開發和研究納濾膜,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,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(loosero)膜,是80年代初繼典型的ro復合膜之后開發出來的。可這樣來論述“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;

          f——每摩爾簡單荷電組分的電荷量(稱為法拉第常數);

          φ——相的內電位,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

          2.2.1toc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、活性炭出水及產水率為15%時的nf1、nf7出水水樣測定toc,結果見圖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,占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,以少量測量數據為基礎的擴散-溶解模型可以很好地描述納濾膜對有機物的分離特性。

          2.2.3ames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學模型需進一步探討。

          參考文獻:

          [1]jjitsuharai,kimuras.structureandpropertiesofchargedultrafiltrationmembranesofsulfonatedpolysulfone.jchemeng.japan,1983,16(5)

          [2]ikedak,etal.newcompositechargedreverseosmosismembrane.desalination,1988,68:109~119

          [3]rrautenbach著。膜工藝——組件和裝置設計基礎。王樂夫譯。北京:化學工業出版社,1998

          [4]徐平。美國海德能公司分離膜技術應用論文集。1998

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