膜过滤
从历史上看,反渗透(RO)膜被消除从海水盐[82]。在接下来的几十年,一系列专门的膜已成为用于各种目的,包括纳滤(NF)膜,它被设计用于水软化剂[83]。今天,RO和NF膜广泛应用于水处理,因为它们能够去除各种污染物除了盐,包括有害微量有机物,病毒,和溶解有机物。Sedlak发现NDMA前体被RO 98% [84]。然而,RO和NF膜并不总是有效地去除小,中性,NDMA等亲水性化合物。RO和NF只是部分删除NDMA[3, 39岁,40岁,84 - 87]。
更多孔膜微滤(MF)、超滤(UF)无法删除NDMA;然而,他们可以拒绝其前体与温和的效率(50%)[40]。
预测NDMA保留RO和NF理解保留机制是必需的。虽然实际拒绝RO和NF机制是复杂的,没有完全理解,关键因素已经确定。这些因素可分为大小排斥,排斥,[88]和solute-membrane亲和力,和它们相关的属性后,溶质,膜,解决方案(液体矩阵),和操作条件(89、90):
•溶质性质:分子量(MW)或分子直径,酸离解常数(pKa)、极性和疏水性(日志Kow)。
•膜性质:分子量截止(MWCO),表面电荷(电动电势)和粗糙度。
•水化学:pH值,离子强度solute-solute交互与其他物质,特别是有机物质和胶体物质。
•操作条件:压力、流量和复苏。
•膜的污染状态。
有机化合物
有机化合物
图2预测NDMA去除使用solute-matrix-membrane交互方案。改编自Ref。[89]。假设膜带负电荷。灰色的框突出NDMA的情况。左边代表NF和“松散”RO;右边代表RO“紧”。
图2预测NDMA去除使用solute-matrix-membrane交互方案。改编自Ref。[89]。假设膜带负电荷。灰色的框突出NDMA的情况。左边代表NF和“松散”RO;右边代表RO“紧”。
图2显示了一个示意图指示solute-matrix-membrane相互作用及其对有机物影响膜的拒绝。灰色路径跟随的情况下带负电荷的膜和NDMA在废水处理过程中遇到pH值及环境水域。根据膜,NDMA比MWCO更小或更大。
排除大小取决于MW和溶质的化学结构与细胞膜MWCO和/或孔隙大小。MWCO被定义为超过90%的摩尔质量高于给定的化合物将被拒绝。化合物用于MWCO决定通常糖或聚乙二醇水溶液。然而,今天没有普遍接受行业标准[91],和MWCO评级并不总是具有可比性。作为第一近似,任何大于溶质MWCO将有效地拒绝。NDMA MW 73 Da,小于MWCO NF膜(通常是200 - 500 Da)。尽管RO膜通常被认为是无孔的(即。,没有MWCO),一些制造商报告MWCO大约100 Da的RO膜(2008年科赫膜)。因为MWCO RO膜(不存在到100 Da)是接近NDMA兆瓦(73 Da)比NF膜(200 - 500 Da),紧RO膜将删除NDMA比NF膜。
保持其他属性不变,一种化合物更指控被NF和RO拒绝要好。NDMA小于1的pKa[92],因此这个胺化合物在环境博士因此卸货,膜不会导致NDMA拒绝指控。
最后,NDMA预计将吸收差的膜,而是留在水相由于其亲水性(日志Kow - -0.57)。由于这些原因,NDMA预测是不合理的拒绝了NF膜及适度拒绝了RO膜,根据他们的“松动”,也就是说,MWCO(图2)。
可用的数据显示,RO和NF膜不实现完整的NDMA移除。表6总结了现有文献对NDMA去除膜在现场和实验室实验。数据显示广泛的NDMA拒绝值(10 - 70%),可能造成不同membrane-solute-matrix交互。例如,在她的实验室研究,Steinle-Darling显示减少NDMA拒绝由于膜污染和水化学[87]。这是在协议与其他研究表明,污染减少排斥反应小、无电荷的污染物(96、97)。
到目前为止,很少有数据NDMA拒绝发表的NF膜。一个例子是一位身材高的美女等人的研究决定拒绝Filmtec NF90 [89] NDMA 42 - 47%。NF90似乎是一个疑似病例,因为基于膜的盐排斥和表面化学[98],NF90可以归类为RO膜。
材料科学的进步,如膜涂料、展示承诺改善NDMA拒绝通过膜。例如,聚醚酰胺嵌段共聚物(PEBAX)涂层NDMA拒绝LFC3和BW-30 RO膜增加了6%和15%,分别在这两种情况下[87]的76%。进一步优化膜可能会导致更大的小污染物的去除效率和更大的去除有机物对膜技术的依赖。
目前监管限制可以通过治疗与高级氧化水(UV)或通过混合水含有低水平的NDMA。
继续阅读:创新的水处理高级氧化技术的作用
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