纳滤膜用于直饮水生产的中试研究
纳滤膜是目前生产优质饮用水的最佳技术之一，其不仅可以软化水质、适度脱盐，且可以有效去除三卤甲烷前体物、色度、细菌、病毒、溶解性有机物和铁、锰、氨氮等无机离子。
以市政自来水为原水，以纳滤膜为主体工艺生产直饮水，考察了纳滤膜对原水中微量有机物、内分泌干扰物及无机离子等的去除效果，旨在为直饮水的生产提供技术支持。
1 试验部分
1.1 中试规模及设计进、出水水质中试系统设计水量为1m3/h，原水为市政自来水，设计出水水质达到国家《饮用净水水质标准》(CJ94—2005)的要求。中试系统设计进、出水水质见表1。可知该市政自来水能够稳定达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)的要求，但相对于直饮水水质标准，其透明度与饮用净水相比还有差距，总溶解性固体(TDS)、SO2-4、CODMn超标，氟化物(F-)浓度偏高，需作进一步处理。
表1 中试系统进、出水水质
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1.2 中试工艺流程
中试水处理工艺流程见图1。
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市政自来水先进入调节水箱，通过增压泵进入活性炭过滤器，以消除自来水中的余氯、降低微量有机物的含量；膜前设精密过滤器，并在精密过滤器前投加阻垢剂；纳滤膜出水经微电解杀菌器和紫外线杀菌器联合杀菌后进入净水水箱。
纳滤工艺主要中试设备及其参数见表2。
表2 纳滤工艺主要中试设备
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试验采用两组标准脱盐率分别为90%(1#)和70%(2#)的ESNA1-4040纳滤膜。由于运行过程中产水量和回收率的变化，纳滤膜实际运行压力在0.35～0.75MPa之间。文中“0.7/70%”表示产水量为0.7t/h、回收率为70%的工况。
1.3 分析项目及方法
浊度：浊度仪；CODMn：酸性高锰酸钾法；阿特拉津：高效液相色谱法；TDS/电导率：TDS/电导率仪；氯化物：硝酸盐滴定法；氟化物：离子选择电极法；硬度：EDTA滴定法；碱度：酸碱指示剂滴定法；氨氮：纳氏试剂光度法；亚硝酸盐氮：N-(1-萘基)-乙二胺光度法；硫酸盐：铬酸钡光度法。
2 结果与讨论
2.1 对浊度的去除效果
浊度是饮用水常规综合性感官指标之一，其大小与水中细菌、病毒的含量有直接关系。两组纳滤膜在0.7/70%工况下对浊度的去除情况见图2。
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由图2可知，两组纳滤膜对浊度的去除效果均非常好，出水浊度均保持在0.05NTU左右。这是因为，纳滤膜的孔径通常为1～10nm，其对自来水中的细小悬浮物、颗粒物具有极强的筛分作用。
1#纳滤膜在不同产水量(0.5～1.0t/h)、不同回收率(50%、60%、70%)下的除浊率见图3。
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由图3可知，在相同的产水量(回收率)下，随回收率(产水量)的增加，出水浊度亦略有增加，但是产水量、回收率变大对出水浊度的影响不显著。
2.2 对微量有机污染物的去除效果
《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)对自来水中CODMn的限值为3mg/L，而《饮用净水水质标准》(CJ94—2005)对水中CODMn的限值为2mg/L。
由于活性炭对有机污染物的吸附能力存在吸附饱和及随原水中CODMn含量波动而波动的问题，因此在直饮水生产中寻求一种能较彻底地去除微量有机污染物的技术显得尤为重要。两组纳滤膜在0.7/70%工况下，对自来水中CODMn的去除情况见图4。
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由图4可知，尽管试验期间膜进水中CODMn的含量波动较大(0.8～2.4mg/L)，但两组纳滤膜对CODMn的去除效果均非常好，出水CODMn均保持在0.5mg/L左右，最低达0.2mg/L左右。这说明纳滤膜对有机污染物的去除较彻底，且基本不受进水CODMn浓度的影响。
尽管两组纳滤膜的标准脱盐率不同，但在相同的试验条件下，其对水中有机污染物的去除率相差不大；在不同的试验条件下，纳滤膜对CODMn的去除率一般维持在60%～80%左右。与对浊度的去除效果一样，纳滤系统产水量、回收率的变化对出水CODMn的影响不显著。
2.3 对阿特拉津的去除效果
随着环境污染的加剧，大量的环境内分泌干扰物EDCs(农药类、邻苯二甲酸酯类、烷基酚类、雌激素类等)在我国水源水中均有检出。环境内分泌干扰物进入人体或动物体后，会对内分泌系统、生殖与发育、神经系统、免疫系统产生影响，并具有致癌作用。因此，如何控制和去除饮用水中的EDCs成为目前亟待解决的问题之一。笔者采用加标试验，研究了纳滤膜对除草剂———阿特拉津的去除效果。
阿特拉津加标试验共进行了四次。加标后，原水箱中阿特拉津的浓度分别为50、100、200、500μg/L，经活性炭过滤后出水中阿特拉津的浓度(即膜进水阿特拉津的浓度)分别为20、51、118、266μg/L。在0.7/70%工况、不同污染物浓度下，纳滤膜对阿特拉津的去除效果见图5(图例“纳滤膜出水×10”表示图中数据为实际值的10倍)。
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由图5可知，纳滤膜对内分泌干扰物有很好的去除作用，基本可以杜绝饮用水中此类内分泌干扰物的危害。该试验条件下，加标后再经过活性炭吸附，纳滤膜进水中阿特拉津的浓度仍为20～266μg/L，但膜出水中阿特拉津的浓度维持在0～4.7μg/L，纳滤膜对阿特拉津的去除率为90%～92%。
2.4 对无机盐的去除效果
饮用水中适量的矿物质(无机盐)有益于人体健康，过高的矿物质则会产生副作用。试验结果表明，在0.7/70%工况下，1#、2#纳滤膜对TDS的去除率分别在95%、68%左右，与纳滤膜的标准脱盐率基本一致，出水TDS分别为15、9mg/L左右，出水电导率分别为30、180μS/cm左右。其中，标准脱盐率低的纳滤膜对无机盐的去除效果受产水量或回收率变化的影响较大；在同一回收率下，随着产水量的增加，电导率的去除率增加，出水TDS降低。
2.5 对无机阳离子的去除效果
试验结果表明，该试验条件下，纳滤膜对水中总硬度、NH+4、Cr6+都有显著的去除效果，且标准脱盐率高的纳滤膜，对无机阳离子的去除率相应较高。在0.7/70%工况下，1#、2#纳滤膜对总硬度的去除率分别为94.9%、55.8%，对NH+4的平均去除率分别为92.2%、66.0%；1#纳滤膜对Cr6+的去除率为89.7%。
2.6 对无机阴离子的去除效果
由于在试验用自来水中检测不出NO-2，F-、SO2-4的含量也比较低，故进行了加标试验。试验结果表明，纳滤膜对水中碱度、Cl-、F-、SO2-4、NO-2都有显著的去除效果；标准脱盐率高的纳滤膜，对无机阴离子的去除率相应较高。在0.7/70%工况下，1#、2#纳滤膜对碱度的平均去除率分别为94.3%、67.8%，对Cl-的平均去除率分别为91.6%、68.9%，对F-的平均去除率分别为91.7%、65%，对SO2-4的去除率分别为98%、79%，对NO-2的去除率分别为75%、52.5%。
3 结论与建议
① 纳滤膜可确保直饮水中TDS、CODMn、硫酸盐、氟化物、浊度等指标达到《饮用净水水质标准》(CJ94—2005)的要求，出水的口感和安全性极佳。
② 纳滤膜对微量有机污染物、内分泌干扰物和无机离子的去除作用彻底，在确保直饮水清澈透亮和水质达标方面具有绝对的优势。
③ 纳滤膜对无机盐的总去除率和对各种无机阴、阳离子的去除率与其标准脱盐率基本一致；标准脱盐率低的纳滤膜对TDS的去除效果受产水量或回收率变化的影响较大；同一回收率下，随着产水量的增加，TDS的去除率增加，出水TDS降低。
④ 结合原水含盐量的变化情况及直饮水的健康性要求，建议工程中选用标准脱盐率为85%左右的纳滤膜，水回收率为65%左右。
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