《納濾在水處理與回用中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望》是由中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員、博士生導(dǎo)師魏源送教授團(tuán)隊(duì)于2016年在《環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》第8期發(fā)表的綜述性文章。在參考和引用國(guó)內(nèi)外130余篇經(jīng)典文獻(xiàn)論著基礎(chǔ)上，文章主要綜述了納濾膜的由來(lái)與發(fā)展、納濾膜的材質(zhì)和性能特性、納濾膜在水處理與回用中的應(yīng)用、納濾在應(yīng)用中存在的問(wèn)題。該文內(nèi)容豐富，全面系統(tǒng)地介紹納濾發(fā)展和應(yīng)用情況，是初學(xué)者了解學(xué)習(xí)納濾技術(shù)的一篇科普好文。
帶著疑問(wèn)：納濾技術(shù)真的是飲用水深度凈化的最佳選擇嗎?小編對(duì)文章中對(duì)納濾的特性以及在飲用水中的應(yīng)用部分進(jìn)行了摘錄整理，以供大家科普鑒之。
初 相 識(shí)
什么是納濾膜?
納濾作為一種介于超濾和反滲透之間的膜過(guò)濾技術(shù)，可以高效截留水中的多價(jià)鹽和有機(jī)污染物，同時(shí)結(jié)合其對(duì)單價(jià)鹽截留率相對(duì)較低的特點(diǎn)，納濾對(duì)單價(jià)、多價(jià)離子混合體系具有很好的選擇分離特性。
再 認(rèn) 識(shí)
為何而存在?
伴隨著低壓反滲透膜( reverse osmosis,RO) 的誕生而發(fā)展的一種新型膜技術(shù)。一方面，傳統(tǒng)RO的高操作壓力造成了巨大的能耗;另一方面，RO的產(chǎn)水水質(zhì)超過(guò)了當(dāng)時(shí)人們對(duì)水的實(shí)際需求。因而需要一種相對(duì)反滲透而言，具有較低的溶質(zhì)截留率和更大滲透通量的膜分離技術(shù)。
為何取名“納濾”?
納濾膜( nanofiltration，NF) 起源于20世紀(jì)70年代的一種新型膜技術(shù)，納濾膜最早被稱(chēng)為“疏松的反滲透膜”或“致密的超濾膜”，后來(lái)，學(xué)者認(rèn)識(shí)到該種膜截留的顆粒物的粒徑是納米級(jí)別(~1nm，對(duì)應(yīng)的分子量范圍約為150～200Da) ，而并不是膜孔徑是納米級(jí)的，改稱(chēng)為“納濾膜”。
有何特征?
納濾膜具有的兩個(gè)典型特征：一截留分子量介于反滲透和超濾膜之間，150-2000Da;二是納濾膜表面分離層通常帶有電荷，表面電荷引起的電荷相互作用改變了納濾膜的傳質(zhì)過(guò)程和納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)離子的截留能力。
有何用處?
納濾可以處理的水源較多，包括地下水、地表水、污水以及作為脫鹽過(guò)程前處理工藝的水源等。目前主要應(yīng)用領(lǐng)域集中在飲用水處理和污水的深度處理與回用等方面，比如：
1、可去除天然有機(jī)物(NOM)、消毒副產(chǎn)物、病毒、農(nóng)藥、砷和其他微污染物;
2、可同步截留水中的多價(jià)鹽、有機(jī)物、病毒等多種有機(jī)和無(wú)機(jī)組分，達(dá)到水質(zhì)凈化的目的。
3、可作為海水淡化工藝中反滲透的預(yù)處理工藝，大大減輕了反滲透實(shí)際運(yùn)行中的結(jié)垢污染問(wèn)題。
深入了解
成分與型式是什么?
目前商用納濾膜產(chǎn)品通常由聚合物支撐層組成的復(fù)合材料設(shè)計(jì)制作而成，常用的膜材料主要有聚偏氟乙烯( PVDF)、聚乙烯( PE)、醋酸纖維素(CA)、聚酰胺(PA )和聚氯乙烯(PVC)等，其中主要是聚酰胺材質(zhì)通常被用于表面的薄膜層。
按照膜結(jié)構(gòu)類(lèi)型主要有螺旋纏繞卷式結(jié)構(gòu)、板框式結(jié)構(gòu)、中空纖維結(jié)構(gòu) 、管式結(jié)構(gòu)等，其中主要是螺旋卷式膜結(jié)構(gòu)的膜元件。
如何判斷優(yōu)劣?
判斷納濾膜的主要性能指標(biāo)有: 溶劑滲透系數(shù)/滲透通量、溶質(zhì)截留率和產(chǎn)水量/水回收率，與其他壓力驅(qū)動(dòng)膜過(guò)濾過(guò)程相似，通量或者是滲透系數(shù)的大小是決定膜性能的關(guān)鍵指標(biāo)。
分離特性是什么?
由于具有荷電效應(yīng)，納濾膜對(duì)水溶液中單價(jià)和多價(jià)離子具有選擇透過(guò)性，對(duì)鹽的選擇透過(guò)性：一價(jià)離子的截留率較低，二價(jià)和多價(jià)離子的截留率很高;納濾膜的截留率主要由分子尺寸、親疏水性和電荷大小決定。由于受各種因素影響，納濾膜對(duì)溶質(zhì)的截留率可能因此而高于或低于預(yù)期值。
應(yīng)用價(jià)值
納濾飲用水深度凈化
秦磊等人(2010)認(rèn)為納濾膜不僅可以去除水中殘留的微量化學(xué)物質(zhì)(如農(nóng)藥、殺蟲(chóng)劑等) 和消毒副產(chǎn)物(三鹵甲烷、鹵乙酸等)，截留水中藻類(lèi)、細(xì)菌及病原微生物以保證生物安全性，去除重金屬等有害的多價(jià)離子，保留水中部分對(duì)人體有益的礦物質(zhì)，還能夠在水源水質(zhì)波動(dòng)和應(yīng)急性條件下保證最終供水水質(zhì)的穩(wěn)定，滿(mǎn)足不同水源條件下的用水需求。
納濾膜在飲用水深度處理中已有較大規(guī)模成功應(yīng)用實(shí)例，且保持著快速?gòu)?qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭，1992~1996年美國(guó)的納濾裝置以500%的速度增長(zhǎng)，在美國(guó)已有超過(guò)100萬(wàn)m3/d規(guī)模的納濾軟化水裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)。
納濾膜在低壓下具有較高通量，對(duì)單價(jià)、多價(jià)離子選擇性分離程度較高，運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際能耗和成本比反滲透膜更低.對(duì)于水源條件復(fù)雜且用水要求有較高的經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)，納濾膜技術(shù)作為飲用水深度處理工藝可能是更為合適的選擇。
納濾城市污水深度處理
隨著城市水資源的日益匱乏和日益嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的處理工藝已不能滿(mǎn)足城市污水的深度處理和回用的需求，經(jīng)過(guò)膜處理得到的再生水可用于農(nóng)業(yè)灌溉、城市雜用、工業(yè)應(yīng)用以及傳統(tǒng)的地表地下水源的補(bǔ)給，成為了城市供水的第二水源。
以北京為例，由于污水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，傳統(tǒng)工藝已無(wú)法滿(mǎn)足達(dá)標(biāo)排放甚至污水回用的需求，Li等人(2015)認(rèn)為經(jīng)過(guò)納濾深度處理后的污水可以滿(mǎn)足絕大多數(shù)污水回用水水質(zhì)的需求。對(duì)于納濾技術(shù)較為適宜的再生水項(xiàng)目是將再生水用于含水層、河流以及水庫(kù)的水源補(bǔ)給。在美國(guó)佐治亞州的 Gwinnette county，納濾膜用于替代現(xiàn)有的高pH石灰-臭氧/GAC工藝，日處理量為2640 m3，可有效去除二級(jí)出水的TOC和氮素，出水水質(zhì)可滿(mǎn)足當(dāng)?shù)氐挠盟枨蟆?br />
前景趨勢(shì)
據(jù)估計(jì)，到 2019年納濾膜的全球市場(chǎng)份額將達(dá)到4.451億美元， 同時(shí)在 2015-2019年間將保持高達(dá)15.6%的年復(fù)合增長(zhǎng)率。
小 結(jié)
納濾( nanofiltration，NF) 作為一種分離效果介于超濾和反滲透之間的膜過(guò)濾技術(shù)，在過(guò)濾過(guò)程中同時(shí)兼具物理孔隙產(chǎn)生的篩分效應(yīng)和膜面電荷產(chǎn)生的道南效應(yīng)作用。納濾對(duì)水中的大多數(shù)有機(jī)物和多價(jià)鹽離子具有很高的截留率，而對(duì)單價(jià)離子截留率較低，因而對(duì)單價(jià)多價(jià)鹽具有良好的選擇分離特性，近幾年以及未來(lái)將在飲用水處理、污水深度處理與回用、工業(yè)過(guò)程濃縮與分離等方面得到廣泛應(yīng)用。
原標(biāo)題：解讀納濾的好文：《納濾在水處理與回用中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望》