第 25卷 第 5期 中 国 给 水排 水Vol.25 No.5
2009年 3月
CHINAWATER＆ WASTEWATER
Mar.20 09
纳滤膜去除饮用水中无机离子的中试研究
杨庆娟 1 , 魏宏斌 1 , 王志海 1 , 邹 平1 , 陈良才 2
笔者以市政自来水为原水 , 采用纳滤作为主体
工艺去除自来水中的 无机离子 , 尤其是 《饮用净水
水质标准 》中规定达标的无机 离子 , 考察了纳滤膜
对各无机离子的去除效果 。
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 1 m3 /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 。中试系统设计主要进 、出水 水质见表 1。
YANGQing-juan1 , WEIHong-bin1 , WANGZhi-hai1 , ZOUPing1 , CHENLiang-cai2
(1.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering, TongjiUniversity, Shanghai200092, China;2.ShanghaiZhongyaoEnvironmentalIndustryCo.Ltd., Shanghai200092, China) Abstract: TwosetsofNFmembraneswithdifferentdesalinationratiowereusedasthemain
ionsis.ItissuggestedthatthestandarddesalinationratioofNFmembraneisabout80% to85%. Keywords: directdrinkingwater; NFmembrane; inorganicions; standarddesalinationratio
由表 1可知 , 该市政自来水水质能够稳定达到 《生活饮用水卫生标准 》 (GB5749— 2006)的要求 , 但相对于直饮水的水质标准 , 根据往年的自来水水
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杨庆娟 , 等 :纳滤膜去除饮用水中无机离子的中试研究
第 25卷 第 5期
质状况及 近期的 一些检 测结 果 , 其总 溶解性 固体
水工程中选用标准脱盐率为 80% ～ 85%的纳滤膜 。 关键词 : 直饮水 ; 纳滤膜 ; 无机离子 ; 标准脱盐率
中图分类号 :TU991 文献标识码 :C 文章编号 :1000 -4602(2009)05 -0052 -04
PilotStudyonRemovalofInorganicIonsfrom DrinkingWaterby NFMembrane
我国 《生活饮用水卫 生标准 》规定生活饮用水 中氯化物 ≤250 mg/L, 《饮用净水水质标准 》规定饮 用净水中氯化物 ≤100 mg/L。目前自来水厂常规净 水工艺无法去除氯化物 , 如果自来水中氯化物较高 甚至超标 , 则有必要在直饮水生产中对其进行合理 控制 。 笔者采用的两组纳滤膜在 0.7 /70%工况下 对氯化物的去除效果见图 5。
281 532 0.09 0.06 110 73.7 0.87
CJ94— 250 500 0.2 0.05 100 100 1.0 2 00 5
注 : 笔者仅限于研 究对 无机离 子的 去除效 果 , 故未 列 出其他水质指标 。
1.2 中试工艺流程及说明 中试水处理工艺流程见图 1。
图 1 中试采用的纳滤膜水处理工艺流 程 Fig.1 FlowchartofNFmembranedrinkingwatertreatment
图 5 两组纳滤膜在 0.7/70%工况下对氯化物的去除效果
Fig.5 RemovaleffectsofCl- bytwosetsofNFmembranes
underconditionof0.7 /70%
processtoproducedirectdrinkingwater, andtheremovaleffectofinorganicionswasinvestigated.The resultsshowthatNFcanensuretheconcentrationofTDS, SO24- andF- toreachtheWaterQuality StandardforFineDrinkingWater.Atthesametime, NFmembraneshavegoodremovaleffectofNH4+, NO2- andCl-.ThehigherthedesalinationratioofNFmembraneis, thehigherremovalrateofinorganic
(1.同济大学 环境科学与工程学院 , 上海 200092;2.上海中耀环保实业有限公司 , 上海 20009 2)
摘 要 : 采用纳滤作为主体工艺生产直饮水 , 考察了两组标准脱盐率不同的纳滤膜对各种无 机离子的去除效果 。结果表明 , 纳滤膜可以确保直饮水中总溶解性固体 (TDS)、SO24 -、F-的含量达 到 《饮用净水水质标准 》的要求 , 同时纳滤膜对自来水中的 NH4+、NO2-、Cl-等离 子的去除效果良 好 ;标准脱盐率高的纳滤膜对无机离子的去除率较高 , 反之则较低 。综合考虑各种因素 , 建议直饮
中所选用纳滤膜的脱盐率不宜过高 。 2.3 纳滤膜对 NH4+ 的去除效果
自来水中的 NH4+ 一方面会影响消毒效果 , 另一 方面可能会转 化为 NO2- 和 NO3-, 因 而倍受 关注 。 试验期间原水 NH4+ 的浓度大约为 0.1 mg/L。 笔者
采用加标法研究了两组纳滤 膜在 0.7 /70%工况下 对 NH4+ 的去除效果 , 结果见表 2。
1993 年 日 本 提 出 的 舒 适 水 质 项 目 要 求 饮 用 水 的总硬度为 10 ～ 100 mg/L。鉴于 纳滤膜的脱盐作 用 , 研究和适当控制纳滤膜出水的总硬度是十分必 要的 。 笔者采用的两组纳滤膜在 0.7 /70%工况下 对总硬度 (以碳酸钙计 )的去除效果见图 3。
图 3 两组纳滤膜在 0.7/70%工况下对总硬度的去除效果 Fig.3 RemovaleffectofhardnessbytwosetsofNF membranesunderconditionof0.7 /70%
图 4 两组纳滤膜在 0.7/70%工况下对碱度的去除效果 Fig.4 RemovaleffectofalkalinitybytwosetsofNF membranesunderconditionof0.7/7 0%
由图 4可知 , 两组纳滤膜对碱度均有良好的去 除效果 。 在原水碱度为 90 mg/L左右时 , 1#、2#纳滤 膜出水的碱度分别为 5、30 mg/L, 平均去除率分别 为 94%和 68%, 与其标准脱盐率基本一致 。 2.5 纳滤膜对氯化物的去除效果
(TDS)、硫酸盐 、氟化物等无机离子的含量时有超标 或浓度偏高 , 还需进一步处理 。
表 1 中试系统主要进 、出水水质 Tab.1 Qualityofinfluentandeffluent
项目 原水
TDS/ 电导率 / 铁 / 锰 / SO24 -/ Cl-/ F-/ (mg· (μS· (mg· (mg· (mg· (mg· (mg· L-1) cm-1) L-1 ) L-1 ) L-1) L-1) L-1)
健康及市场对饮用水口感的要求 。日本饮用水标准 提出的舒适水质项目中 TDS为 30 ～ 200 mg/L。 笔 者采用的两组纳滤膜对 TDS的去除效果见图 2。
图 2 两组纳滤膜在 0.7/70%工况下对 TDS的去除效果 Fig.2 RemovaleffectofTDSbytwosetsofNFmembranes
表 2 两组纳滤膜在 0.7/70%工况下对 NH4+的去除效果 Tab.2 RemovaleffectofNH4+ bytwosetsofNFmembrane
underconditionof0.7 /70%
纳滤膜 进水 NH4+浓 出水 NH4+浓
NH4+ 去
编号 度 /(mg· L-1 ) 度 /(mg· L-1) 除率 /%
TDS:便携式 TDS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 纳滤膜对 TDS的去除效果 维持饮用水中适量的 TDS含量需要考虑人体
process
市政自来水进入调节水箱 , 通过增压泵进入活 性炭过滤 , 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 , 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 。
试验采用两组 ESNA1 -4040纳滤膜 , 其标准脱 盐率分别为 90%(1#)和 70%(2#)。 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为 0.35 ～ 0.75 MPa。 文中 “ 0.7/70%”表示产水量为 0.7 t/h、回收率为 70%的工况 。 1.3 分析项目及方法
underconditionof0.7 /70%
由图 2可知 , 在 0.7 /70%工况下 , 1#、2#纳滤膜 对 TDS均具有较高的截留分离作用 , 出水 TDS分别 为 15、90 mg/L左右 , 平均去 除率分别 为 95.4%、 67%, 其去除率的大小主要取决于膜对离子的电荷 效应或道南效应[ 3] 。 研究中 , 两组纳滤膜对 TDS的 平均去除率与两组膜的标准脱盐率基本一致 , 即标 准脱盐率高的纳滤膜对 TDS的去除率较高 , 反之则 较低 。因此 , 从直饮水健康性考虑 , 建议工程中选用 标准脱盐率为 80% ～ 85%的纳滤膜 。 2.2 纳滤膜对总硬度的去除效果