中科院專家撰文：用於飲水淨化的“納濾”是什麽黑科技？

提起飲用水的深度淨化，業內專家常常提及“納濾技術”，一些淨水機廠商也常常宣傳自己的產品採用“納米級過濾”。那麽問題來了——

到底什麽是真正的納濾技術？

納濾技術和納米級過濾是一回事兒嗎？

納濾技術是飲用水深度淨化的最佳選擇嗎？

最近科Sir讀到一篇解讀“納濾”的綜述論文：《納濾在水處理與回用中的應用現狀與展望》，條分縷析地講解了納濾技術及其應用，是小白們和初學者了解納濾技術的一篇科普好文，特將概要內容摘錄如下。

論文簡介：

《納濾在水處理與回用中的應用現狀與展望》是由中國科學院生態環境研究中心研究員、博士生導師魏源送教授團隊於2016年在《環境科學學報》第8期發表的綜述性文章。在參考和引用國內外130余篇文獻論著基礎上，文章主要介紹了納濾膜的由來與發展、納濾膜的材質和性能特性、納濾膜在水處理與回用中的應用、納濾在應用中存在的問題等內容。該文內容豐富，全面系統地介紹納濾發展和應用情況，是初學者了解學習納濾技術的一篇科普好文。

初相識

什麽是納濾膜？

納濾作為一種介於超濾和反滲透之間的膜過濾技術，可以高效截留水中的多價鹽和有機汙染物，同時結合其對單價鹽截留率相對較低的特點，納濾對單價、多價離子混合體系具有很好的選擇分離特性。

納濾是如何誕生的？

伴隨著低壓反滲透膜（Reverse Osmosis,RO）的誕生而發展的一種新型膜技術。一方面，傳統RO的高操作壓力造成了巨大的能耗；另一方面，RO的產水水質超過了當時人們對水的實際需求。因而，需要一種相對反滲透具有較低的溶質截留率和更大滲透通量的膜分離技術。

再認識

為何取名“納濾”？

納濾膜（nanofiltration，NF）起源於20世紀70年代的一種新型膜技術。納濾膜最早被稱為“疏松的反滲透膜”或“致密的超濾膜”，後來，學者認識到該種膜截留的顆粒物的粒徑是納米級別(~1nm，對應的分子量範圍約為150～200Da)，而並不是膜孔徑是納米級的，因此改稱為“納濾膜”。

納濾有何特徵？

納濾膜具有的兩個典型特徵：一是，截留分子量介於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過程和納濾膜對不同價態離子的截留能力。

有哪些用武之地？

納濾可以處理的水源較多，包括地下水、地表水、汙水以及作為脫鹽過程前處理工藝的水源等。目前主要應用領域集中在飲用水處理和汙水的深度處理與回用等方面，比如：

可去除天然有機物（NOM)、消毒副產物、病毒、農藥、砷和其他微汙染物；

可同步截留水中的多價鹽、有機物、病毒等多種有機和無機組分，達到水質淨化的目的。

可作為海水淡化工藝中反滲透的預處理工藝，大大減輕了反滲透實際運行中的結垢汙染問題。

深入了解

納濾膜的成分是什麽？

目前商用納濾膜產品通常由聚合物支撐層組成的複合材料設計製作而成，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，聚酰胺材質通常被用於表面的薄膜層。

按照膜結構類型來分，納濾膜主要有螺旋纏繞卷式結構、板框式結構、中空纖維結構、管式結構等，主要是螺旋卷式膜結構的膜元件。

如何判斷納濾膜的優劣？

判斷納濾膜的主要性能指標有：溶劑滲透系數/滲透通量、溶質截留率和產水量/水回收率，與其他壓力驅動膜過濾過程相似，通量或者是滲透系數的大小是決定膜性能的關鍵指標。

納濾膜的分離特性是什麽？

由於具有荷電效應，納濾膜對水溶液中單價和多價離子具有選擇透過性。表現為：對鹽的選擇透過性，一價離子的截留率較低，二價和多價離子的截留率很高。

此外，納濾膜的截留率還主要由分子尺寸、親疏水性和電荷大小決定。由於受各種因素影響，納濾膜對溶質的截留率可能因此而高於或低於預期值。

應用價值

1. 納濾用於飲用水深度淨化

秦磊等人（2010）認為納濾膜不僅可以去除水中殘留的微量化學物質(如農藥、殺蟲劑等)和消毒副產物(三鹵甲烷、鹵乙酸等)，截留水中藻類、細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離子，保留水中部分對人體有益的礦物質，還能夠在水源水質波動和應急性條件下保證最終供水水質的穩定，滿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模成功應用實例，且保持著快速強勁的增長勢頭，1992~1996年美國的納濾裝置以500%的速度增長，在美國已有超過100萬立方米/d規模的納濾軟化水裝置在運轉。

納濾膜在飲用水深度處理中已有許多應用實例

而且，納濾膜在低壓下具有較高通量，對單價、多價離子選擇性分離程度較高，運行過程中的實際能耗和成本比反滲透膜更低。對於水源條件複雜且用水要求有較高的經濟較發達的地區，納濾膜技術作為飲用水深度處理工藝可能是更為合適的選擇。

2. 納濾用於城市汙水深度處理

納濾技術還在城市汙水深度處理中扮演重要角色。

隨著城市水資源的日益匱乏和日益嚴格的汙水排放標準，傳統的處理工藝已不能滿足城市汙水的深度處理和回用的需求。並且，經過膜處理得到的再生水可用於農業灌溉、城市雜用、工業應用以及傳統的地表地下水源的補給，是城市供水的第二水源。

以北京為例，由於汙水排放標準的不斷提升，傳統工藝已無法滿足達標排放甚至汙水回用的需求，Li等人（2015）認為經過納濾深度處理後的汙水可以滿足絕大多數汙水回用水水質的需求。

對於納濾技術較為適宜的再生水項目是將再生水用於含水層、河流以及水庫的水源補給。在美國佐治亞州的Gwinnette county，納濾膜被用於替代現有的高pH石灰-臭氧/GAC工藝，日處理量為2640立方米，可有效去除二級出水的TOC和氮素，出水水質可滿足當地的用水需求。

3. 趨勢及前景

據估計，到2019年納濾膜的全球市場份額將達到4.451億美元，同時在2015-2019年間將保持鋼彈15.6%的年複合增長率。

總結

納濾(nanofiltration，NF)作為一種分離效果介於超濾和反滲透之間的膜過濾技術，在過濾過程中同時兼具物理孔隙產生的篩分效應和膜面電荷產生的道南效應作用．納濾對水中的大多數有機物和多價鹽離子具有很高的截留率，而對單價離子截留率較低，因而對單價多價鹽具有良好的選擇分離特性，近幾年以及未來將在飲用水處理、汙水深度處理與回用、工業過程濃縮與分離等方面得到廣泛應用。

科Sir說：

“從大氣到飲水，從固廢到土壤，不得不說我們當下身處的生活環境問題突出。大氣汙染、固廢汙染等不是我們想改變就能改變的，但關乎飲水健康，至少我們還有一些主動權。掌握一點飲水淨化知識，多了解一點相關技術，至少能在購買相應的家庭淨化設備時，少挨一些忽悠，多把一道安全關。”