污水處理納濾法的原理

A. 水處理基本知識 閑聊反滲透（RO）,電滲析（ED）,電去離子（EDI）

水處理技術在這幾十年裡發展迅速，膜分離技術的創新和工藝應用尤為突出。這種技術已在純水制備、工業廢水處理（包括中水回用）和海水淡化等領域得到廣泛應用。

膜分離技術包括微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）、電滲析（ED）和電去離子（EDI）等。在前面的文章中，我們已經對微濾、超濾、納濾和反滲透進行了簡單介紹和對比。今天，我們將重點介紹和對比反滲透、電滲析和電去離子技術。

一、名詞解釋

反滲透：簡稱RO，是一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。當施加的壓力超過溶液的滲透壓時，溶劑會逆向滲透，從而在膜的低壓側得到滲透液，在高壓側得到濃縮液。

電滲析：簡稱ED，是利用半透膜的選擇透過性來分離不同溶質粒子的方法。在電場作用下，溶液中的帶電溶質粒子通過膜而遷移，這種現象稱為電滲析。

電去離子：簡稱EDI，又稱電除鹽或填充床電滲析，是一種將電滲析與離子交換有機結合起來的一種水處理技術。

二、工作原理

①反滲透工作原理：當兩種不同濃度的溶液由一個RO膜隔開時，滲透現象會自然發生。滲透壓將水壓過RO膜，水將濃度較高的溶液稀釋，最後達到濃度平衡。

②電滲析工作原理：在外加直流電場作用下，利用離子交換膜的透過性，使水中的陰、陽離子作定向遷移，從而達到水中的離子與水分離的一種物理化學過程。

③EDI工作原理：EDI是一種將電滲析法與離子交換法結合起來的一種水處理方法，它兼有電滲析技術的連續除鹽和離子交換技術深度脫鹽的優點，又避免了電滲析技術濃差極化和離子交換技術中的酸鹼再生等問題。

三、技術特點及應用場景

反滲透的應用場景非常廣泛，包括工業純水/超純水制備、食品/醫療/實驗室純化水制備、工業廢水/生活污水凈化、海水/苦鹹水淡化和純凈水制備等。

電滲析的應用場景主要在海水濃縮、苦鹹水淡化、工業廢水回用和工業提純濃縮分離等領域。

EDI的應用場景相對較窄，但憑借其高效簡便的特點，在純水制備方面發揮著越來越大的作用。

總的來說，RO、EDR和EDI三者之間既有競爭又有合作的關系。其中，RO和EDI技術的合作已成為當今超純水制備的主流技術。

聽上去很繞口，簡單說就是自來水很便宜，如果回用就不要太計較差不多就行了。污水處理很貴，如果要處理，濃縮越高比例越好，一切向錢看！小型設備就更別說了，完全賺不回來本啊，此處應該有表情。

常見問題解答：既然EDI技術是結合了電滲析和離子交換技術的水處理方法，為什麼生產18M超純水時系統還需要額外配置拋光混床樹脂裝置？答：系統需要配置拋光組主要原因是EDI產水電阻率不能穩定達到18MΩ*cm。而EDI不能穩定達到這個產水水質的主要原因也就是它是結合了電滲析和離子交換兩種技術，在享受連續除鹽和無需酸鹼再生帶來便利的同時，也降低了在離子交換方面的極致除鹽。而18M的產水水質要求又極其苛刻，幾乎不允許任何鹽分的存在，客觀上導致EDI的產水不能穩定達到18MΩ*cm，但是長期穩定產水電阻率達到15MΩ*cm還是相當有保障的。

寫在最後：電滲析技術個人接觸的比較少，所以只能在此簡單的聊聊概念，後期如有機會多接觸再補充。部分資料來自網路，大多數來自網路，圖文如果侵權聯系本人刪除，謝謝。

補充一個常見名詞DI水：Deionized Water，既去離子水。廣義的DI水=純水，狹義的DI水=超純水。所以一般涉及到DI水的問題，都需要明確DI水的具體水質要求。

B. 常用幾種膜分離法污水處理方式

常用來的幾種膜分源離法污水處理方式：
一、超濾膜分離方法。根據分子的形狀和不同性質利用大氣壓力的作用，將其進行有效的篩選和分離。這項技術通過我國的多年研究和使用，除污效果顯著，能有效的對污水中的bing原體進行處理。因此超濾膜分離技術在我國各項污水處理中得到廣泛的使用。
二、納濾膜分離方法。在20世紀70年代的中後期形成的納濾膜分離技術就是在保證無機鹽分離時不受電勢和化學梯度的影響，通過(實際壓力小於或等於1。5MPa)的作用將直徑大約為1納米的分子進行有效的篩選和分離，從而達到污水處理的效果。
三、液膜分離方法。在20世紀60年代被提出一直到80年代中後期才被廣泛應用的液膜分離技術，分為乳狀液膜和支撐液膜，其中乳液液膜在污水處理技術中被廣泛應用。第四、膜生物反應器。就是原水在進入生物反應器與生物發生充分反應之後，利用循環泵，使水流經膜組件，水得到排放的同時生物相又重新流入生物反應器，該技術是通過把膜件與生物反應器進行結合而形成的一種新型去污技術。

C. 超濾、納濾、RO膜反滲透 凈水器到底應該怎麼選

凈水器選購指南

在選擇凈水器時，首先要了解前置過濾器僅是粗過濾設備，如果想獲得直飲水，就需要使用凈水器。

凈水器的過濾效果由過濾膜決定，也就是我們常說的濾芯。市面上常見的過濾膜技術有超濾、納濾和RO反滲透三種。

RO反滲透凈水技術最初用於太空艙解決宇航員用水問題，也被應用在海水淡化和污水處理中。它的原理是利用壓力使水分子逆向滲透，從而產生純凈水。但該技術需要通電運作，並產生廢水，約1:1到1:3的比例。

超濾膜適用於過濾大部分水中的雜質，但對重金屬離子無效。納濾膜則介於超濾和RO反滲透之間，能夠排除有害重金屬，同時保留有益礦物質。

RO反滲透凈水器的優點是過濾後水接近純凈水，可直飲，但缺點是廢水量大，需要用電，出水速度慢。超濾和納濾則成本較低，出水快，但超濾無法過濾重金屬，納濾需要通電，產生廢水。

選擇凈水器應根據不同的房屋和家庭情況。新建住宅小區或用水泵供水的，選擇超濾凈水器或濾水壺即可。對於水質差的二手房或新小區高層供水，推薦購買RO反滲透凈水器確保飲水安全。

納濾凈水器過濾效果不穩定，受濾網質量影響，且無法完全去除重金屬離子。雖然可以保留有益礦物質，但產生的廢水比例大，出水速度慢。

推薦幾款進口凈水器：漢斯希爾、怡口、藍飄爾和悠口。漢斯希爾採用五級RO膜過濾技術，廢水率低，帶有換芯提示，無桶設計。怡口水流量大，廢水率低，RO芯壽命長。藍飄爾RO膜反滲透凈水器穩定，過濾效果好。悠口超濾直飲機過濾精度高，性價比高。

D. 污水技術改造後的超濾和納濾系統,有什麼建議

前置過濾器只是粗過濾設備，想要讓家裡的自來水變成直飲水，就需要借回助凈水器了答。

凈水器的過濾效果主要取決於過濾膜，也就是我們常說的要更換的濾芯。

目前市面上的過濾膜技術主要有3種：超濾、納濾和RO反滲透。下面就一 一帶大家了解。

1、RO膜反滲透

先說近幾年大熱的RO反滲透。起初反滲透技術被用在太空艙里解決宇航員的用水問題。

太空艙是一個密閉的小空間，每一滴水都很珍貴，所有的汗液，尿液，和洗澡用水，都是要循環利用的，這也是為什麼以前反滲透處理的純凈水也叫太空水的緣故。而且，反滲透技術也被應用到海水淡化和污水處理中。

它的原理是，通過對RO膜一端的自來水進行加壓，當壓力達到一定程度，水分子會逆著自然滲透的方向作反向滲透，從而獲得純凈水。

E. 鏍告薄姘磋佹庝箞澶勭悊

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F. 納濾的應用

納濾分離作為一項新型的膜分離技術，技術原理近似機械篩分。但是納濾膜本體帶有電荷性。這是它在很低壓力下仍具有較高脫鹽性能和截留分子量為數百的膜也可脫除無機鹽的重要原因。
納濾分離愈來愈廣泛地應用於電子、食品和醫葯等行業，諸如超純水制備、果汁高度濃縮、多肽和氨基酸分離、抗生素濃縮與純化、乳清蛋白濃縮、納濾膜-生化反應器耦合等實際分離過程中。與超濾或反滲透相比，納濾過程對單價離子和分子量低於200的有機物截留較差，而對二價或多價離子及分子量介於200～500之間的有機物有較高脫除率，基於這一特性，納濾過程主要應用於水的軟化、凈化以及相對分子質量在百級的物質的分離、分級和濃縮（如染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程產物的分級和濃縮）、脫色和去異味等。主要用於飲用水中脫除Ca、Mg離子等硬度成分、三鹵甲烷中間體、異味、色度、農葯、合成洗滌劑，可溶性有機物，及蒸發殘留物質。
隨著對環境保護和資源綜合利用認識的不斷提高，人們希望在治理廢水的同時實現有價物質的回收，比如：大豆乳清廢液中含有1%左右的低聚糖和少量的鹽，亞硫酸鹽法制備化纖漿和造紙漿過程出現的亞硫酸鈣廢液中含有2%～2.5%的六碳糖和五碳糖，製糖工業中出現的廢糖蜜中含有少量的鹽等等。
NF分離是一種綠色水處理技術，在某些方面可以替代傳統費用高，工藝繁瑣的污水處理方 法.其技術特點是:能截留分子量大於100的有機物以及多價離子，允許小分子有機物和單 價離子透過；可在高溫，酸，鹼等苛刻條件下運行，耐污染；運行壓力低，膜通量高，裝置 運行費用低；可以和其他污水處理過程相結合以進一步降低費用和提高處理效果.在水處理 中，NF膜主要用於含溶劑廢水的處理，能有效地去除水中的色度，硬度和異味.NF膜以其特殊的分離性能已成功地應用於製糖，制漿造紙，電鍍，機械加工以及化工反應催化劑的回收等行業的廢水處理.
納濾是一種綠色水處理技術，是國際上膜分離技術的最新發展，在某些方面可以替代傳統費用高、工藝繁瑣的污水處理方法。納米級孔徑且帶有電荷的特殊過濾性能特點是：能截留分子量大於200的有機物以及多價離子，允許小分子有機物和單價離子透過；可在高溫、酸、鹼等苛刻條件下運行，膜耐受的條件范圍寬，濃縮倍數高，耐污染；運行壓力低，膜通量高，裝置運行費用低，能耗極低(唯一驅動力是壓力)。
由於納濾膜特殊的孔徑范圍和制備時的特殊處理(如復合化、荷電化)，使得納濾膜具有較特殊的分離性能，其在降低廢水COD、水源水的色度、硬度和去除飲用水中的有機物(TOC)、三鹵代烷(THMs)前驅物等方面的應用近年來受到廣泛重視，已成功地應用於製糖行業、造紙行業、電鍍行業、機械加工行業及化工反應催化劑的回收行業等的廢水處理中。納濾膜的應用研究主要集中在幾個方面：根據中性溶質的分子量大小而進行分離；截留有機物分子而讓單價電解質透過膜層；根據離子價態而實現離子問的分離。根據納濾膜分離的特點，其應用范圍主要適用於下述情況的物質分離：①對單價鹽分離的截留率要求不高；②要求進行不同價態離子的分離，如軟化處理；③需要對高分子量有機物與低分子量有機物進行分離，如葡萄酒脫醇；④鹽和對應的酸的分離；⑤有機物和無機物的分離，如染料脫鹽、乳清濃縮脫鹽和飲用水凈化。
納濾膜具有熱穩定性、耐酸、耐鹼和耐溶劑等優良性質，在廢水的有價物質回收中起到不可估量的作用，廣泛地應用於各種有機廢水的回收處理。比如農葯廢液處理、乳清和抗菌素脫鹽、電鍍廢液中金屬回收、各種石化廢水處理等。在給水處理中，納濾膜主要用於制備軟化水、飲用純凈水，能有效地去除水中的色度、硬度和異味 。
試驗研究及應用
(1）日用化工廢水處理.用NF膜處理日用化工廢水的應用研究表明NF膜耐酸鹼，有優良的截留率，對重金屬有很好的去除率，不存在膜污染問題.據估計，由於NF膜的運行費用低於反滲透技術，對有機小分子有良好的脫除率，可能會覆蓋90%以上的日用化工廢水處理.
(2）石油工業廢水處理.
石油工業廢水主要包括石油開采和煉制過程中產生的含各種無機鹽和有機物的廢水，其成分 非常復雜，處理難度大.採用膜法特別是NF法與其他方法相給合，既可有效處理廢水還可以 回收有用物質.例如，先用NF膜將原油廢水分離成富油的水相和無油的鹽水相，然後把富油 相加入到新鮮的供水中再進入洗油工序，這樣既回收了原油又節約了用水.以前多採用反滲 透 和相分離結合的方法處理石油工業廢水，但存在著膜污染嚴重的問題，如果在反滲透前加一NF膜，就可以解決膜污染的問題.石油工業的含酚廢水中主要含有苯酚，甲基酚,硝基酚以 及各類取代酚，此類物質的毒性很大，必須脫除後才能排放，若採用NF技術，不僅酚的脫除 率可達95%以上，而且在較低壓力下就能高效地將廢水中的鎘，鎳，汞，鈦等重金屬高價離子脫除，其費用比反滲透等方法低得多.
(3）殺蟲劑廢水處理.一般的水處理方法不能除去污染水中的低分子有機農葯.通過研究NF膜對不含酚殺蟲劑的截留性能發現除了二氯化物以外，其他殺蟲劑的截留 率均高於96.7%，所有殺蟲劑在NF膜上的吸附能力均受其疏水性的影響.採用NF處理含有酚 類殺蟲劑的廢水也十分有效.
(4）化纖，印染工業廢水處理.NF可以用於印染過程排水中染料及助劑的脫除和回用.處 理染料聚合漿料時，由於大多數染料的分子量在幾百到幾千，NF膜可以讓一些無機鹽或小分 子通過，而對較大的染料分子進行截取，粗染料漿液經NF系統後，染料可以富集，而無機鹽 的濃度下降，脫鹽率大於98%，染料損失率小於0.1%，而且可以在高溫下運行.此外，NF還 可以用於纖維加工過程中的含油廢水的處理及回收再利用.
(5）生活污水處理.採用常用的生物降解和化學氧化相結合的方法處理生活污水時，氧化 劑的消耗很大，殘留物多.如果在它們之間增加一個NF系統，讓能被微生物降解的小分子（ 分子量小於100）通過，不能生物降解的有機大分子（分子量大於100）被截留下來經化學氧化 後再生物降解，這樣就可以充分發揮生物降解的作用，節省氧化劑或活性炭的用量，降低最 終殘留物的含量.
(6）熱電廠二次廢水的治理及回收利用.熱電廠的二次廢水主要來自沖灰，除塵及冷卻系統，此類廢水中含有大量的懸浮固體,灰份 及高含量的鹽份和部分有機物.利用NF可以把這一類廢水處理成工業回用水.首先用微濾除 去水中的全部懸浮顆粒，質量分數為99%的BOD,98%的COD,73%的總氮和17%的總磷，同時將水中的菌落總數降到3～4個/L，然後加酸降低pH以除去CO2，最後再經NF脫鹽，達到鍋爐用水的質量.澳大利亞太平洋熱電廠的Eraring發電站已用NF對此類廢水進行處理，每天處理1 000～15 000 m3廢水，既減輕了市政供水系統的負荷，每年又可為熱電廠節約 操作費用80萬美元.該熱電廠准備擴大發電規模，用水量也相應增大，估計到2010年，處理 此類廢水量將達5 000 m3/d，效益極其可觀.
(7）酸洗廢液處理.鋼廠的酸洗工序是將鋼材浸入質量分數為20%左右的硫酸酸洗槽中進行 酸洗.隨著酸洗的進行，硫酸濃度逐漸降低，硫酸亞鐵濃度不斷增高，當溶液中硫酸的質量 分數降至6%～8%，生成的硫酸亞鐵濃度超過200～250 g/L時，酸洗速率下降，必須更 換酸洗液，排放酸洗廢液.酸洗好的鋼材必須用清水進行沖洗以除去表面的酸性物質，又造 成了廢酸水的外排.為了保護環境，節約資源，可採用NF工藝處理酸洗廢液.利用NF膜對硫 酸和硫酸亞鐵截留率的不同，先將硫酸亞鐵截留在濃縮液中，然後將濃縮液送入冷卻結晶罐，冷卻結晶出FeSO4·7H2O；透過液再經能截留硫酸的另一NF膜組件，截留後濃縮為20%的 硫酸，再生酸液回收利用，透過液則排至廢酸水站，進一步處理排放或回收.這一工藝回收 了硫酸和硫酸亞鐵，同時實現了酸洗廢液的回收綜合利用和廢酸水達標排放的目的.
(8）造紙廢水處理.採用NF膜技術替代傳統的化學處理 法能更為有效地除去深色木質素.木漿漂白過程產生的氯化木質素 是帶負電的，容易被帶負電性的NF膜截留，並且對膜不會產生污染.另外,因為整個處理過程中對陽離子（Na+）的脫除率並沒有嚴格要求，採用反滲透技術就顯得沒有必要 .採用超濾/納濾處理牛皮紙製造廢水有很好的效果。
工程應用
納濾膜的孔徑范圍介於反滲透膜和超濾膜之間，其對二價和多價離了及分子量在200～1000之間的有機物有較高的脫除性能，而對單價離子和小分子的脫除率則較低。而且，與反滲透過程相比，納濾過程的操作壓力更低(一般在1.0Mpa左右);同時由於納濾膜對單價離子和小分子的脫除率低，過程滲透壓較小，所以，在相同條件下，納濾與反滲透相比可節能15%左右[3]。因而在水處理中，納濾被廣泛應用於飲用水的濃度凈化、水軟化、有機物和生物活性物質的除鹽和濃縮、水中三鹵代物前軀物的去除、不同分子量有機物的分級和濃縮、廢水脫色等領域。
Sibille等研究了法國Auverw-sur-Oise市的地下水，對納濾和生物處理飲用水(臭氧—生物活性炭過濾)進行了對比。結果表明，納濾可以顯著提高飲用水的水質，減少細菌數量和有機物的濃度，從而使後續消毒更有效，也減少了三氯甲烷的形成。但是，研究又指出，少量極易被細菌等吸收的可生物降解的有機物質(BOM：BiologicalOrganicMatter)、可同化有機碳(AOC：AssimilableOrganicCarbon)也能透過納濾膜。
雖然，納濾技術的工程應用在美國、日本等國家的給水行業中已經得到大規模的推廣，但在我國，將納濾技術廣泛地應用於工程實踐的條件還不成熟，尚處於嘗試階段、本要問題是國產納濾膜的性能指標不夠過關。已有工程實例的報道，如國內首套工業化大規模膜軟化系統——山東長島南隍城納濾示範工程，是納濾技術在高硬度海島苦鹹水凈化的實際應用。該工程由國家海洋局杭州水處理中心設計，於1997年4月正式投入生產淡水，系統連續正常運行27個月，淡化水符合國家生活飲用水衛生標准。
有關學者曾採用納濾膜對某市自來水(以污染嚴重的淮河水為原水)進行深度處理試驗，研究了納濾循環制水試驗工藝的效果。結果表明，循環試驗工藝與單級納濾工藝相比，在同樣較低的壓力下，出水率較高，並且能耗降低，減少了濃水排放。即使在回收率較高(80%)的情況下，膜出水中的總有機碳(TOC)仍比自來水低50%;對致會變物的去除十分顯著，使Ames試驗陽性的水轉為陰性。
納濾膜應用問題
納濾膜有較高的膜通量，可以截留有機及無機污染物，而對人體必需的一些離子又有較大的透過率，因此，把納濾膜應用於飲用水的深度凈化較其它的膜分離技術有較大的優勢。把鋼濾膜應用於給水處理領域的主要問題是：
這三個問題是膜分離的基本問題，也是納濾膜法水處理技術難以廣泛應用的主要原因。世界各國的水處理工作者正在進行廣泛的研究，尋求解決這些問題的途徑。納濾技術在給水處理領域的推廣應用還依賴於這些問題的進一步解決。