??????? 引言
??????? 膜技術(shù)在飲用水深度處理中有廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著人們對(duì)飲用水水質(zhì)要求的進(jìn)一步提高，各種各樣的凈水器應(yīng)運(yùn)而生，它們都采用了一些深度水處理技術(shù)，但水質(zhì)太純也存在營(yíng)養(yǎng)元素缺乏的問(wèn)題。因?yàn)榧儍羲诔チ擞泻ξ锏耐瑫r(shí)，也除去了人體生理活動(dòng)必不可少的許多礦物元素，如鈣、鎂、鋅、鋰、鍶等。長(zhǎng)期飲用這種缺乏有益元素的水，會(huì)破壞人體生理平衡。綜合國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)界和水處理界的觀點(diǎn)，可認(rèn)為凈水應(yīng)是盡最大可能地去除水中的有毒、有害物質(zhì)，特別是“三致”物，Ames試驗(yàn)陰性，同時(shí)又保留原水中有益健康的微量元素和礦物質(zhì)的水。由于超濾（UF）和微濾（MF）對(duì)水中有機(jī)物的去除率很低，僅在20%以下，反滲透（RO）膜由于在生產(chǎn)出純凈水時(shí)，同時(shí)去除了飲用水中的有益微量元素和礦物質(zhì)，也不是生產(chǎn)凈水的理想膜。而納濾膜由于膜選擇性界于RO和UF之間使它不僅可以對(duì)水質(zhì)軟化和適度脫鹽，還可有效去除原水中傳染性病毒、有機(jī)物、高價(jià)重金屬等，又保留了原水中的部分礦物質(zhì)，使它成為生產(chǎn)凈水的首選膜。納濾膜技術(shù)已被列入“21世紀(jì)水計(jì)劃”，以除去水源中日益增多的低分子有機(jī)物，確保飲用水的安全。
??????? 1納濾膜的介紹
??????? 納濾膜是20世紀(jì)90年代問(wèn)世的新型分離膜，早期被稱為“疏松型”反滲透膜或“致密型”超濾膜，在其應(yīng)用過(guò)程中具有兩個(gè)顯著特征[1]：一個(gè)是其截留分子量介于反滲透膜和超濾膜之間，約為200～2000；另一個(gè)是納濾膜的表面分離層由聚電解質(zhì)所構(gòu)成，對(duì)無(wú)機(jī)鹽有一定的截留率。根據(jù)上述特征，納濾膜分離技術(shù)在飲用水生產(chǎn)方面正在發(fā)揮其獨(dú)特的作用，比如，去除三氯甲烷中間體（加氯消毒時(shí)的副產(chǎn)物，為致癌物質(zhì))、低分子有機(jī)物、農(nóng)藥、激素、砷和重金屬等有害物質(zhì)，并且對(duì)Ca2+、Mg2+、SO42-和F-等離子亦具有良好的去除效果。同時(shí)，納濾膜分離過(guò)程還具有操作壓力低、出水效率高、濃縮水排放較反滲透少等優(yōu)點(diǎn)[2]。法國(guó)Mery-sur-Oise水處理廠是目前世界上規(guī)模最大的運(yùn)用納濾膜技術(shù)凈化地表水的水廠,日均產(chǎn)水量為140000m3，至今已運(yùn)行兩年多，出水的水質(zhì)及其各項(xiàng)性能參數(shù)均非常令人滿意，尤其是在去除有機(jī)物和殺蟲(chóng)劑方面[3]。
??????? 2納濾的應(yīng)用
??????? 雖然飲用水水廠采用膜分離技術(shù)的歷史只有約40年[4]，但是隨著飲水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，特別是對(duì)水中日益增多的致病微生物與有毒有害的有機(jī)物（包括消毒副產(chǎn)物）等限值的嚴(yán)格要求，使得膜技術(shù)在飲水處理中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。
??????? 2.1軟化
??????? 膜軟化水主要是利用納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)離子的選擇透過(guò)特性而實(shí)現(xiàn)對(duì)水的軟化。膜軟化在去除硬度的同時(shí)，還可以去除其中的濁度、色度和有機(jī)物，其出水水質(zhì)明顯優(yōu)于其它軟化工藝。而且膜軟化具有無(wú)須再生、無(wú)污染產(chǎn)生、操作簡(jiǎn)單、占地面積省等優(yōu)點(diǎn)，具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
??????? 對(duì)苦咸水進(jìn)行軟化、脫鹽是納濾膜應(yīng)用的最大市場(chǎng)。在美國(guó)目前已有超過(guò)100萬(wàn)t/d規(guī)模的納濾膜裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)，大型裝置多數(shù)分布在佛羅里達(dá)半島，其中最大的裝置規(guī)模為15.1萬(wàn)t/d(2002年)。這套裝置采用Hydranautics公司的ESNA1-LF低污染納濾膜元件。Filmtec公司的NF-70膜也在多套萬(wàn)噸/日以上的大型裝置中獲得了成功應(yīng)用[5]。近幾年來(lái)，隨著納濾性能的不斷提高，納濾膜組件的價(jià)格不斷下降，膜軟化法在投資、操作、維護(hù)等方面已優(yōu)于或接近于常規(guī)法。
??????? 膜軟化在飲用水處理中主要應(yīng)用于常規(guī)水脫硬、高硬度海島水軟化和用于海水淡化的預(yù)軟化。特別是用于海水淡化，其工藝流程為：膜軟化（NF）+反滲透（SWRO）+多級(jí)閃蒸（MSF），海水經(jīng)納濾膜處理后，去除了80％以上的硬度，TDS下降了40％左右，脫除了所有的有機(jī)污染物，從而可提高反滲透的操作壓力和回收率（回收率可達(dá)60％），且能保證反滲透膜的安全、長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行。而且反滲透過(guò)程的濃縮海水，由于其硬度低，不易結(jié)垢，可再經(jīng)由多級(jí)閃蒸處理獲取淡水，并可進(jìn)一步將整個(gè)淡化過(guò)程的回收率提高到90％左右。因此，該集成技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。
??????? 2.2用于去除水中有機(jī)物
??????? 納濾膜在飲水處理中除了軟化之外，多用于脫色、去除天然有機(jī)物與合成有機(jī)物（如農(nóng)藥等）、三致物質(zhì)、消毒副產(chǎn)物（三鹵甲烷和鹵乙酸）及其前體、總有機(jī)碳和揮發(fā)性有機(jī)物，保證飲用水的生物穩(wěn)定性等。
??????? 2.2.1三致物質(zhì)的去除
??????? 水中致突變物通常是分子量在800以下（主要在200左右）非極性或中等極性的多核芳烴。目前國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)主要是利用色譜－質(zhì)譜聯(lián)用和Ames致突試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)納濾對(duì)致突、致畸和致癌的有毒有害有機(jī)物的去除效果。C.Visvanathan實(shí)驗(yàn)研究了納濾膜去除三氯甲烷前體物（THMPs）的效果，結(jié)果表明納濾膜對(duì)THMPs的去除率可達(dá)90%以上[6]。侯立安以井水為研究對(duì)象，采用TS40、TS80兩種納濾膜檢驗(yàn)對(duì)水中致癌、致畸、致突變物質(zhì)的去除效果，結(jié)果表明經(jīng)納濾膜處理后原水Ames致突變活性由陽(yáng)性轉(zhuǎn)為陰性，兩種納濾膜均使水的致突活性降低[7]。
??????? 李靈芝等[8]采用納濾膜對(duì)某市自來(lái)水(以污染嚴(yán)重的淮河水為源水)進(jìn)行深度處理試驗(yàn)，研究了NF循環(huán)制水試驗(yàn)工藝的效果。結(jié)果表明：納濾循環(huán)制水工藝可以有效地去除水中的NH3-N、NO2-N、TOC、致突變物等雜質(zhì)，獲得安全、合格的飲用水。并且，與納濾一級(jí)一段工藝相比，可以在同樣較低壓力下獲得高回收率，降低了能耗，減少了濃水排放，因此該法是制取優(yōu)質(zhì)飲用水的一種有效途徑。
??????? 林耀軍等采用活性炭＋納濾組合工藝處理珠江流域自來(lái)水，Ames致突變?cè)囼?yàn)結(jié)果亦呈陰性，說(shuō)明水中的三致物質(zhì)已經(jīng)得以去除[9]。因此用納濾去除水中可能存在的放射性污染及三致物質(zhì)是有效、可行的。
??????? 2.2.2消毒副產(chǎn)物及其前體物的去除
??????? 消毒副產(chǎn)物主要包括三鹵甲烷(THMs)、鹵乙酸(HAAs)和可能的三氯乙醛氫氧化物(CH)[10]。國(guó)外的科技工作者在這方面已開(kāi)展了廣泛的研究，納濾膜對(duì)這三種消毒副產(chǎn)物的前體的平均截留率分別為97％、94％和86％。日本在新“MAC21”項(xiàng)目中研究了膜法凈化飲用水工藝，主要采用兩種流程：一是納濾系統(tǒng)并以MF/UF做預(yù)處理；二是MF/UF與深度處理工藝如臭氧氧化、生物活性碳和生物處理。長(zhǎng)期中試結(jié)果表明：納濾工藝能有效地去除水中的色度、TOC和THMs。THMFP最高去除率達(dá)99.2%，TOC去除率達(dá)98.8%[11]。通過(guò)合適納濾膜的選用，可以使得飲用水水質(zhì)滿足更高的安全優(yōu)質(zhì)飲水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
??????? 2.2.3保證飲用水的生物穩(wěn)定性
??????? 飲用水的生物穩(wěn)定性通常采用可同化有機(jī)碳（AOC）和可生物降解的溶解性有機(jī)物（BDOC）表示。納濾膜與飲用水生物穩(wěn)定性的關(guān)系國(guó)內(nèi)外均開(kāi)展了研究[12,13]，研究表明，AOC和BDOC在低離子強(qiáng)度、低硬度和高pH值下的截留率較高，相比之下，AOC的截留率受水環(huán)境條件影響較大（在低pH值、高離子強(qiáng)度和高硬度條件下，納濾膜對(duì)AOC的截留率幾乎為零），而由大分子有機(jī)物（如腐植酸、棕黃酸）構(gòu)成的BDOC的截留率受水環(huán)境影響很小。
??????? 此外，納濾出水是低腐蝕性的，對(duì)飲用水管網(wǎng)的使用期和管道金屬離子的溶出有正面的影響，有利于保護(hù)配水系統(tǒng)的所有材料。試驗(yàn)表明[14]采用必要后處理的納濾膜系統(tǒng)能夠使管網(wǎng)中鉛的溶解減少50％，同時(shí)使其它溶出的金屬離子濃度滿足飲水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。
??????? 2.2.4總有機(jī)碳(TOC)的去除
??????? 總有機(jī)碳含量是飲用水水質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，水中TOC含量的降低能夠代表農(nóng)藥殘留物、三氯甲烷及其中間體、天然有機(jī)物等有機(jī)物總量的減少。減少飲用水中TOC含量的方法有2種，一種是生物處理法，另一種是納濾膜處理法。與生物處理法相比，納濾膜可以更加有效地降低TOC含量。多數(shù)商業(yè)化納濾膜對(duì)TOC降低程度均在90%以上，但是由于TOC在膜表面和膜孔內(nèi)的吸附產(chǎn)生嚴(yán)重的膜污染，導(dǎo)致膜帶電性質(zhì)發(fā)生變化，從而造成膜對(duì)部分無(wú)機(jī)鹽的截留率降低。