摘要：對幾種膜分離技術原理進行了闡述，通過微濾膜工藝、超濾膜工藝、納濾膜工藝以及反滲透工藝的小試試驗，對這幾種工藝組合對有機污染物的去除效果進行對比試驗研究，得出：在原水中含有一定有機污染情況下，納濾膜工藝具有較好的推廣性。
　　關鍵詞：膜分離；直飲水；微濾；超濾；納濾；反滲透
　　TheRemovingStudyofOrganicContaminationsofMembraneSeparationTechnologyintheDirectDrinkingWaterTreatmentTechnologies
　　Liuyong
　　（FujianRailwaySiyuanSurveyandDesignCO.LTD350013FuZhou）
　　Abstract：Theprinciplesofmembraneseparationtechnologywasdescribed.bytheLaboratorytestofMFtechnology,UFtechnology,NFtechnologyandROtechnology,theremovaleffectsoforganiccontaminantsofseveraltechnologieswasstudiedcontrastively,andtheconclusionhasgot:NFtechnologyiseasiertopromotewhenorganiccontaminantswasfoundintherawwater..
　　Keywords：Membraneseparation；DirectDrinkingWater；MF；UF；NF；RO
　　膜分離技術被稱為“21世紀的水處理技術”，由于其工藝運行技術的成熟以及很好的處理效果而得到廣泛的應用。膜分離技術中又分為：超濾膜技術、納濾膜技術、反滲透技術以及微濾膜技術，這幾種技術通常是與活性炭技術組合形成預處理+膜處理組合模式。
　　1、膜分離技術原理
　　1.1微濾膜(MF)技術
　　微濾膜(MF)[1]是以靜壓差為推動力，利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)膜的“篩分”作用進行分離的膜過程，其原理與普通過濾相類似，但過濾的微粒在0.03-15um，因此又稱為精密過濾[2]。微濾膜多數(shù)為具有比較整齊、均勻的對稱、多孔結(jié)構(gòu)，主要去除微粒和細粒物質(zhì)，操作壓力為0.01-0.2MPa。常用的微濾膜材料有硝化纖維膜(CN)、醋酸纖維膜(CA)、混合纖維膜(CN.CA)、PAN、CA-CTA、PsA、尼龍等。
　　微濾膜分離機理主要有（1）機械截留作用；（2）物理作用或吸附截留作用；（3）架橋作用；（4）網(wǎng)絡型膜的網(wǎng)絡內(nèi)部截留作用。
　　1.2超濾膜(UF)技術
　　超濾膜(UF)是一種能夠?qū)⑷芤哼M行凈化、分離或濃縮的膜透過法分離技術，其過程是以膜孔徑大小為標準的相關篩分過程，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，用超濾膜為過濾介質(zhì)，在一定壓力下，只允許水、無機鹽及小分子物質(zhì)透過膜而阻止水中懸浮物、膠體等大分子物質(zhì)通過，達到溶液分離的目的，因此超濾膜的孔徑成為膜分離效果的關鍵因素。然而，科研工作者在試驗過程中發(fā)現(xiàn)：有時膜孔徑既比溶劑分子大，又比溶質(zhì)分子大，但仍然具有較好的截留效果，這主要是由于超濾膜表面的化學特性，也起著不同的截留作用，因此超濾膜的分離機理是多方面的。
　　1.3納濾膜(NF)技術
　　納濾膜(NF)對溶質(zhì)分子的截留去除是一個復雜的現(xiàn)象，主要受膜電荷性和孔徑大小這兩個基本的膜特性影響。因此納濾膜對溶質(zhì)分離主要為兩個機制，即電荷作用和篩分作用。然而在實際分離過程中，研究者們發(fā)現(xiàn)不能把NF膜的分離機制僅歸功于道南效應和篩分作用，因此為了研究其它運行參數(shù)對膜分離的影響，國內(nèi)外諸多科學家構(gòu)建了許多模型，用以描述和預測納濾膜對溶質(zhì)分子的分離機制。描述膜分離機理的模型主要有電荷模型、道南－立體細孔模型、靜電排斥和立體位阻模型[3]。
　　1.4反滲透(RO)技術
　　反滲透(RO)技術最先應用于解決美國宇航員在航空中的生活飲用水循環(huán)處理，因此處理出的水也稱“太空水”[4]。RO反滲透膜孔徑小至納米級（1納米=10-9米），在一定的壓力下，H2O分子可以通過RO膜，而源水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質(zhì)無法通過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區(qū)分開來。
　　反滲透技術目前主要有三種分離理論[5]：（1）毛細管流理論；（2）孔穴有序擴散模型；（3）溶解擴散理論。
　　2膜處理技術去除有機污染物試驗
　　有機污染物是飲用水中最常見的污染物，本文針對微濾膜工藝、超濾膜工藝、納濾膜工藝以及反滲透工藝進行對比試驗，得出相近進水條件下，各工藝對有機污染物（以CODMn計）的去除效果。試驗用水為城市自來水，在膜處理單元前，共用一套臭氧活性炭工藝進行預處理，減輕膜處理單元分離壓力，并通過閥門控制。由于試驗條件限制，臭氧活性炭出水水質(zhì)略有波動，CODMn：0.82~0.90mg/L。
　　2.1試驗裝置
　　活性炭濾罐：采用椰殼狀顆粒活性炭，內(nèi)填12目活性炭。膜處理器：采用美國海德能公司生產(chǎn)的各種卷式膜，微濾膜采用UNA-620A型，公稱孔徑為0.1um，超濾采用的是4040-FFV-P100的聚砜超濾膜，平均截留分子質(zhì)量為10萬；納濾采用的是ESNAI-4040膜，材質(zhì)為聚酞按，單只膜組件的水回收率為15%，工作壓力0.6Mpa；反滲透采用的是EsPA-4040膜，材質(zhì)為芳香族聚酞按，單只膜組件的水回收率為15%，工作壓力1.0Mpa。
　　2.2試驗結(jié)果及分析
　　試驗結(jié)果如表1：
　　表1膜處理技術去除效果比較
　　去除效果
　　處理工藝 微濾膜工藝 超濾膜工藝 納濾膜工藝 反滲透工藝
　　CODMn（%） 18.5 20.9 40.5 81.6
　　試驗表明：微濾膜對有機污染物去除效果較差，僅為18.5%。國內(nèi)研究表明臭氧能將大分子有機污染物分解成小分子有機污染物，難氧化有機物分解成容易被高錳酸鉀氧化的有機物。活性炭通常只能吸附中間分子（1000~5000）有機物[6][7]，因此經(jīng)活性炭過濾后有機物主要是少量的大分子有機物和大量的小分子有機物，微濾膜由于其過濾機理，只對大于其孔徑的有機物有較好的攔截作用，因此對CODMn去除效果不明顯。
　　超濾膜的孔徑在0.03~0.1um，其CODMn去除機理與微濾膜類似，對小分子質(zhì)量的有機污染物去除效果較差，僅為20.9%。吳舜澤[8]等試驗中就曾發(fā)現(xiàn)有時超濾膜沒有什么有機物去除效果，它的孔徑較大，截留分子量較大，對CODMn、UV254的去除效率分別在0～49%、20%～36%之間。
　　納濾工藝對有機污染物的去除較前者有較大提高，達到40.5%。P•Eriksson的研究發(fā)現(xiàn)[9]，納濾膜對分子質(zhì)量＜150的非電離有機物的去除率低，而對分子質(zhì)量＞300的有機物去除率高。I.C.Escobar等的研究[10]中，將石灰軟化設備與納濾進行比較。結(jié)果表明，納濾系統(tǒng)可有效去除原水中除了AOC以外的幾乎全部溶解性有機碳（DOC：DissolvedOrganicCarbon）含量。Gaid[11]等的研究表明納濾工藝對水中的農(nóng)藥如莠去津(Atrazine)和西瑪(Simazine)去除率達90%以上。國內(nèi)外的研究表明，納濾工藝不僅對有機物有很好的去除效果，對硬度、重金屬、電導率等難去除污染物都有較好的去除效果。因此納濾在飲用水深度處理上具有廣闊的應用前景。
　　反滲透工藝對各項污染物都有很好的去除效果，除對有機物的去除為81.6%。研究表明，反滲透膜幾乎對所有大于水分子的有機無機雜質(zhì)都有很好的去除效果，其出水電導率通常小于10um/cm，硬度通常小于10mg/L。正因為如此，由于反滲透膜出水無機離子含量太少，缺少人體必需的微量元素，不太適合長期飲用。另外，過高的工作壓力使得運行費用大大增加。但其工作壓力較大，達到1.0MPa，能耗高。
　　3結(jié)論
　　通過對比試驗，我們可以得出以下結(jié)論：
　　（1） 微濾和超濾膜對有機污染物去除效果較差，不適合作為城市水源有一定有機污染的深度處理工藝。
　　（2） 納濾膜和反滲透工藝運行效果良好，對有機污染物都有較好的去除效果，適合于含有有機污染的原水深度處理。但由于反滲透工藝較高的運行費用以及對無機離子過強的去除作用，不太適合作為飲用水的深度處理工藝，納濾膜更具有推廣性。
　　
　　
　　
　　參考文獻：
　　[1] 張朝暉,呂錫武.飲用水深度處理技術進展[J].電力環(huán)境保護,2004,20(2):41~43.
　　[2] 李艷薔.小區(qū)分質(zhì)供水凈水工藝優(yōu)化研究中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫,2003;
　　[3] 葛目榮,許莉,曾憲友,朱企新.納濾理論的研究進展[J].流體機械,2005,33(1):35-39．
　　[4] 何建軍.反滲透系統(tǒng)的運行維護探析[J].工業(yè)水處理,2002,22(5):49;
　　[5] ZahidAmjad.反滲透-膜技術水化學和工業(yè)應用[M]北京:化學工業(yè)出版社,1999:102.
　　[6] James,EK,etal.adsorptionofNOMbyactivatedcarbon:asizeexclusionchromatograpystudy.EnvironSciTechnol,1996,30(4):1336～1343
　　[7] DuguerJP,etal.influenceofNOMonwatertreatment.WaterSupply,1998,16(1):505～509
　　[8] 吳舜澤,王寶貞,王琳.飲用水深度凈化工藝現(xiàn)場對比試驗給水排水Vol125No1121999;
　　[9] ErikssonP.NanofiltrationExtendstheRangeofMembraneFiltration［J］.EnvironmentalProgress,1988,7(1)：58-62;
　　[10] I.C.EscobarETAL，InfluenceofNFonDistributionSystemBiostability.J.AWWA，1991；6：76－84;
　　[11] AGaid,GBablon.GTurner,etal.Performanceof3yearsofnanofiltrationplants[J].WaterSupply,1999,17(1):65~74.