作者：陈霞明 1，2 （1. 河口生态安全与环境健康福建省高校重点实验室；2. 厦门大学嘉庚学院，福建　漳州　363105）

摘要：通过可低压操作的 NF 膜和 RO 膜的高含盐模拟废水分离试验，本文探讨在不同进水 pH 条件下的脱 盐效果，分析盐浓度对膜通量和脱盐率的影响。结果表明，在 pH ≥ 5 条件下，RO 膜对单价和二价无机盐 的脱盐率均可至少达到 85%，NF 膜对二价盐的脱盐率可至少达到 70%，但单价盐的脱盐率呈低值；在膜分 离过程中，两种膜的膜通量和脱盐率随进水的盐浓度上升呈下降趋势。RO 膜的膜通量对盐浓度变化的敏 感度高于 NF 膜，但脱盐率的盐浓度变化敏感度则相反。

关键词：高含盐废水；纳滤膜；反渗透膜；脱盐性能

高含盐废水是指总含盐质量分数大于1%的废水， 其主要来源于造纸、印染、化工及石油天然气的采集 加工等工业生产过程，产生途径广泛，水量也逐年增 加 [1-2]。根据生产过程的不同，高含盐废水所含的有 机物种类及化学性质差异较大，但所含盐类物质多为 Cl- 、SO4 2-、Na+ 和 Ca2+ 等，提高高含盐废水的脱盐水 平，降低其对环境造成的影响至关重要。在传统生物 处理过程中，这些盐类离子对微生物的生长过程起到 促进酶反应、维持膜平衡和调节渗透压的重要作用， 但是，若这些盐类离子浓度过高，会对活性污泥的微 生物产生抑制和毒害作用，因此传统的生化处理无法 保证其出水水质 [3]。高含盐废水零排放已成为一种发 展趋势，具有高效且节能等特点的纳滤（Nanofiltration， NF）及反渗透（Reverse Osmosis，RO）浓缩分离处理技术作为其中关键环节，发挥了重要的作用，膜分 离深度处理污（废）水的技术已有很多研究和应用实 例，采用集成膜技术不仅可达到较好的处理效果，还 能最大限度地将高含盐废水中的水进行回收利用[4-6]。 因此，本研究分别使用可低压操作的 NF 膜和 RO 膜 对高含盐模拟废水进行分离试验，然后结合试验结 果，探讨不同的进水 pH 条件对单价盐和二价盐的脱 盐效果的影响，分析不同含盐量对膜通量和脱盐率的 影响。

1　材料和方法

1.1　试验材料 1.1.1　分离膜 分离膜采用杭州海纳环保技术有限公司生产的 聚酰胺复合 NF 膜元件（NF50）和 RO 膜元件（50-ULP）。 其平均脱盐率（公称值）分别为 50% 和 91%，有效 过滤面积分别为 0.37 m2 和 0.56 m2 ，最高操作压力均 为 1.0 MPa。

1.1.2　高含盐模拟废水 本试验是在校区人工湖湖水的基础上，添加葡 萄糖、磷酸二氢钠和乙酸铵配制成一定浓度的人工废 水。然后，经 0.01 μm 超滤膜预过滤后，将其作为 试验原水，各项水质指标的实测值如表 1 所示。无机 盐使用氯化钠和氯化钙进行调节。

1.2　试验方法 膜分离试验使用自制的小试装置，如图 1 所示。 该装置由原水箱、增压泵、膜组件、阀门及压力计等 构成。通过调节浓水阀开度，可实现死端操作和横流 过滤两种运行方式。 在室温条件下，本研究采用横流过滤方式分别 进行膜分离试验。另外，膜分离试验前后均用蒸馏水 对膜进行循环清洗，并确认其纯水通量，纯水通量恢 复至初始值的 90% 以上，则视为清洗干净。取 5 L 模 拟人工废水置于原水箱作为试验原水。分离试验开始 前，先运行试验装置约 10 min，将膜元件出水侧的清 洗水排出。之后，调节进水压力至 0.38 MPa，浓水循 环至原水箱，10 min 后分别取原水和膜出水水样，之 后依次按设定时间取水样待测，分别测定原水和膜出 水中的电导率。为使原水浓度尽可能保持稳定，本试 验将测定用水样外的膜出水返回原水箱。本试验的膜 通量为： Fp=Qp /S （1） 式中：Fp 为膜通量，L/（m2 ·h）；Qp 为膜出水 流量，L/h；S 为膜面积，m2 。 膜脱盐率（RS）为： RS=[1-(Cp /Cb)]×100% （2） 式中：RS 为膜脱盐率，%；Cp、Cb 分别为膜出 水和膜进水中各项水质指标的浓度，mg/L。

2　结果与讨论 2.1　膜脱盐率的进水 pH 特性 在 不 同 pH 条 件 下， 本 研 究 选 用 两 种 无 机 盐 （0.05 mol/L NaCl 和 0.05 mol/L CaCl2）分别进行 NF 膜和 RO 膜分离试验，膜脱盐率的进水 pH 特性如图 2 所示。此外，本试验的脱盐率（RS）均为膜分离过程中的平均值。

由图 2 可知，pH 条件对 NF 膜及 RO 膜的脱盐 效果均有影响。在 pH=3 条件下，本试验的 NF 膜及 RO 膜对 NaCl 和 CaCl2 的脱盐率均为最低值。pH 值 在 3 ～ 5 的偏酸性区域，膜的脱盐率对 pH 的变化较 为敏感，之后的 pH 条件变化趋于稳定。整体上，两 种膜对 CaCl2 的脱盐率均高于 NaCl。除 pH=3 条件外， RO 膜对 NaCl 的脱盐率可至少达到 85.7%，对 CaCl2 的脱盐率保持在 88.4% 以上，脱盐性能相差不大。但 是，NF 膜对两种盐的脱盐率有较大的差异，pH ≥ 5 的区域，NaCl 和 CaCl2 的脱盐率分别大于 20.1% 和 72.2%。从以上结果可以看出，本试验的 RO 膜对两 种无机盐的脱盐性能均优于 NF 膜。NF 膜对单价盐 的脱盐效果较差，但对二价盐的脱盐效果也可至少达 到 70%，与 RO 膜相比具有良好的离子选择性能，因 此可适用于高盐水中特定离子的适度脱盐。

2.2　盐浓度对膜分离性能的影响 在 pH=7 条件下，分别调节水中 NaCl 浓度进行 膜分离试验，探讨其对 NF 膜和 RO 膜的分离性能影响。 分离过程中的膜通量（FP）和膜脱盐率（RS）变化分 别如图 3 和图 4 所示。 由图 3 可知，在本试验设定的时间范围内，两种 膜的出水通量都比较稳定，随着进水中盐浓度的上升， 膜通量呈下降趋势。在相同盐浓度条件下，NF 膜的 出水通量均高于 RO 膜。另外，RO 膜的出水通量对 盐浓度变化更为敏感，进水盐浓度 0.05 mol/L 的平均 膜通量与 0.001 mol/L 相比下降了 71.2%，而相同条件 下的 NF 膜的平均出水通量仅下降 24.0%。结合两种 膜的脱盐率变化（见图 4）来看，RO 膜的脱盐率均 大于 NF 膜，因此 RO 膜的两侧盐浓度差也大于 NF 膜。 由于渗透压是水中所含电解质或非电解质溶质浓度的 函数 [7-8]，随着进水含盐量的升高，膜两侧的渗透压 差逐渐增加，在进水压力不变的情况下，纯驱动压力 将逐渐减小，从而导致 RO 膜的膜通量降低。 由图 4 可知，在本试验设定的时间范围内，两 种膜的脱盐率都比较稳定，随着进水盐浓度的上升， 膜脱盐率有所下降。在相同盐浓度条件下，RO 膜的 脱盐率均高于 NF 膜。另外，NF 膜脱盐率对盐浓度 变化更为敏感，进水盐浓度 0.05 mol/L 的平均膜脱盐 率与 0.001 mol/L 相比下降了 63.5%，而相同条件下的 RO 膜平均脱盐率仅下降 5.0%。虽然随着进水含盐量的增加，膜透盐量也会增加，膜通量逐渐下降（见图 3） 时的膜脱盐率也有所下降，但是，从两种膜的脱盐率 对盐浓度变化的敏感度来看，为保证膜出水水质的稳 定，选择合适的膜品种尤为重要。 本试验的 3 种盐浓度与膜平均通量及平均脱盐 率之间的关系如图 5 所示。从该图可知，因进水含盐 量增加和出水膜通量下降，两种膜的平均脱盐率均有 所下降，但 NF 膜的脱盐率下降幅度大于 RO 膜。另外， 因渗透压的上升使膜分离的纯驱动力下降，膜平均通 量均有所下降，但脱盐性能高的 RO 膜的膜通量下降 幅度大于 NF 膜。

3　结论 在 pH ≥ 5 的条件下，本试验采用的 RO 膜对单 价盐和二价盐的脱盐率均可超过 85%，NF 膜对二价 盐的脱盐率可超过 70%，但单价盐的脱盐率呈低值。 在 pH=3 的条件下，两种膜的脱盐率均有所下降。在 膜分离过程中，两种膜的膜通量随进水盐浓度的上升 呈下降趋势。RO 膜的膜通量对盐浓度变化比 NF 膜 更为敏感。在膜分离过程中，两种膜的脱盐率随进水 盐浓度的上升呈下降趋势，NF 膜脱盐率对盐浓度变 化的敏感度高于 RO 膜。