污水处理纳滤法的原理

A. 水处理基本知识 闲聊反渗透（RO）,电渗析（ED）,电去离子（EDI）

水处理技术在这几十年里发展迅速，膜分离技术的创新和工艺应用尤为突出。这种技术已在纯水制备、工业废水处理（包括中水回用）和海水淡化等领域得到广泛应用。

膜分离技术包括微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、电渗析（ED）和电去离子（EDI）等。在前面的文章中，我们已经对微滤、超滤、纳滤和反渗透进行了简单介绍和对比。今天，我们将重点介绍和对比反渗透、电渗析和电去离子技术。

一、名词解释

反渗透：简称RO，是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。当施加的压力超过溶液的渗透压时，溶剂会逆向渗透，从而在膜的低压侧得到渗透液，在高压侧得到浓缩液。

电渗析：简称ED，是利用半透膜的选择透过性来分离不同溶质粒子的方法。在电场作用下，溶液中的带电溶质粒子通过膜而迁移，这种现象称为电渗析。

电去离子：简称EDI，又称电除盐或填充床电渗析，是一种将电渗析与离子交换有机结合起来的一种水处理技术。

二、工作原理

①反渗透工作原理：当两种不同浓度的溶液由一个RO膜隔开时，渗透现象会自然发生。渗透压将水压过RO膜，水将浓度较高的溶液稀释，最后达到浓度平衡。

②电渗析工作原理：在外加直流电场作用下，利用离子交换膜的透过性，使水中的阴、阳离子作定向迁移，从而达到水中的离子与水分离的一种物理化学过程。

③EDI工作原理：EDI是一种将电渗析法与离子交换法结合起来的一种水处理方法，它兼有电渗析技术的连续除盐和离子交换技术深度脱盐的优点，又避免了电渗析技术浓差极化和离子交换技术中的酸碱再生等问题。

三、技术特点及应用场景

反渗透的应用场景非常广泛，包括工业纯水/超纯水制备、食品/医疗/实验室纯化水制备、工业废水/生活污水净化、海水/苦咸水淡化和纯净水制备等。

电渗析的应用场景主要在海水浓缩、苦咸水淡化、工业废水回用和工业提纯浓缩分离等领域。

EDI的应用场景相对较窄，但凭借其高效简便的特点，在纯水制备方面发挥着越来越大的作用。

总的来说，RO、EDR和EDI三者之间既有竞争又有合作的关系。其中，RO和EDI技术的合作已成为当今超纯水制备的主流技术。

听上去很绕口，简单说就是自来水很便宜，如果回用就不要太计较差不多就行了。污水处理很贵，如果要处理，浓缩越高比例越好，一切向钱看！小型设备就更别说了，完全赚不回来本啊，此处应该有表情。

常见问题解答：既然EDI技术是结合了电渗析和离子交换技术的水处理方法，为什么生产18M超纯水时系统还需要额外配置抛光混床树脂装置？答：系统需要配置抛光组主要原因是EDI产水电阻率不能稳定达到18MΩ*cm。而EDI不能稳定达到这个产水水质的主要原因也就是它是结合了电渗析和离子交换两种技术，在享受连续除盐和无需酸碱再生带来便利的同时，也降低了在离子交换方面的极致除盐。而18M的产水水质要求又极其苛刻，几乎不允许任何盐分的存在，客观上导致EDI的产水不能稳定达到18MΩ*cm，但是长期稳定产水电阻率达到15MΩ*cm还是相当有保障的。

写在最后：电渗析技术个人接触的比较少，所以只能在此简单的聊聊概念，后期如有机会多接触再补充。部分资料来自网络，大多数来自网络，图文如果侵权联系本人删除，谢谢。

补充一个常见名词DI水：Deionized Water，既去离子水。广义的DI水=纯水，狭义的DI水=超纯水。所以一般涉及到DI水的问题，都需要明确DI水的具体水质要求。

B. 常用几种膜分离法污水处理方式

常用来的几种膜分源离法污水处理方式：
一、超滤膜分离方法。根据分子的形状和不同性质利用大气压力的作用，将其进行有效的筛选和分离。这项技术通过我国的多年研究和使用，除污效果显著，能有效的对污水中的bing原体进行处理。因此超滤膜分离技术在我国各项污水处理中得到广泛的使用。
二、纳滤膜分离方法。在20世纪70年代的中后期形成的纳滤膜分离技术就是在保证无机盐分离时不受电势和化学梯度的影响，通过(实际压力小于或等于1。5MPa)的作用将直径大约为1纳米的分子进行有效的筛选和分离，从而达到污水处理的效果。
三、液膜分离方法。在20世纪60年代被提出一直到80年代中后期才被广泛应用的液膜分离技术，分为乳状液膜和支撑液膜，其中乳液液膜在污水处理技术中被广泛应用。第四、膜生物反应器。就是原水在进入生物反应器与生物发生充分反应之后，利用循环泵，使水流经膜组件，水得到排放的同时生物相又重新流入生物反应器，该技术是通过把膜件与生物反应器进行结合而形成的一种新型去污技术。

C. 超滤、纳滤、RO膜反渗透 净水器到底应该怎么选

净水器选购指南

在选择净水器时，首先要了解前置过滤器仅是粗过滤设备，如果想获得直饮水，就需要使用净水器。

净水器的过滤效果由过滤膜决定，也就是我们常说的滤芯。市面上常见的过滤膜技术有超滤、纳滤和RO反渗透三种。

RO反渗透净水技术最初用于太空舱解决宇航员用水问题，也被应用在海水淡化和污水处理中。它的原理是利用压力使水分子逆向渗透，从而产生纯净水。但该技术需要通电运作，并产生废水，约1:1到1:3的比例。

超滤膜适用于过滤大部分水中的杂质，但对重金属离子无效。纳滤膜则介于超滤和RO反渗透之间，能够排除有害重金属，同时保留有益矿物质。

RO反渗透净水器的优点是过滤后水接近纯净水，可直饮，但缺点是废水量大，需要用电，出水速度慢。超滤和纳滤则成本较低，出水快，但超滤无法过滤重金属，纳滤需要通电，产生废水。

选择净水器应根据不同的房屋和家庭情况。新建住宅小区或用水泵供水的，选择超滤净水器或滤水壶即可。对于水质差的二手房或新小区高层供水，推荐购买RO反渗透净水器确保饮水安全。

纳滤净水器过滤效果不稳定，受滤网质量影响，且无法完全去除重金属离子。虽然可以保留有益矿物质，但产生的废水比例大，出水速度慢。

推荐几款进口净水器：汉斯希尔、怡口、蓝飘尔和悠口。汉斯希尔采用五级RO膜过滤技术，废水率低，带有换芯提示，无桶设计。怡口水流量大，废水率低，RO芯寿命长。蓝飘尔RO膜反渗透净水器稳定，过滤效果好。悠口超滤直饮机过滤精度高，性价比高。

D. 污水技术改造后的超滤和纳滤系统,有什么建议

前置过滤器只是粗过滤设备，想要让家里的自来水变成直饮水，就需要借回助净水器了答。

净水器的过滤效果主要取决于过滤膜，也就是我们常说的要更换的滤芯。

目前市面上的过滤膜技术主要有3种：超滤、纳滤和RO反渗透。下面就一 一带大家了解。

1、RO膜反渗透

先说近几年大热的RO反渗透。起初反渗透技术被用在太空舱里解决宇航员的用水问题。

太空舱是一个密闭的小空间，每一滴水都很珍贵，所有的汗液，尿液，和洗澡用水，都是要循环利用的，这也是为什么以前反渗透处理的纯净水也叫太空水的缘故。而且，反渗透技术也被应用到海水淡化和污水处理中。

它的原理是，通过对RO膜一端的自来水进行加压，当压力达到一定程度，水分子会逆着自然渗透的方向作反向渗透，从而获得纯净水。

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F. 纳滤的应用

纳滤分离作为一项新型的膜分离技术，技术原理近似机械筛分。但是纳滤膜本体带有电荷性。这是它在很低压力下仍具有较高脱盐性能和截留分子量为数百的膜也可脱除无机盐的重要原因。
纳滤分离愈来愈广泛地应用于电子、食品和医药等行业，诸如超纯水制备、果汁高度浓缩、多肽和氨基酸分离、抗生素浓缩与纯化、乳清蛋白浓缩、纳滤膜-生化反应器耦合等实际分离过程中。与超滤或反渗透相比，纳滤过程对单价离子和分子量低于200的有机物截留较差，而对二价或多价离子及分子量介于200～500之间的有机物有较高脱除率，基于这一特性，纳滤过程主要应用于水的软化、净化以及相对分子质量在百级的物质的分离、分级和浓缩（如染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程产物的分级和浓缩）、脱色和去异味等。主要用于饮用水中脱除Ca、Mg离子等硬度成分、三卤甲烷中间体、异味、色度、农药、合成洗涤剂，可溶性有机物，及蒸发残留物质。
随着对环境保护和资源综合利用认识的不断提高，人们希望在治理废水的同时实现有价物质的回收，比如：大豆乳清废液中含有1%左右的低聚糖和少量的盐，亚硫酸盐法制备化纤浆和造纸浆过程出现的亚硫酸钙废液中含有2%～2.5%的六碳糖和五碳糖，制糖工业中出现的废糖蜜中含有少量的盐等等。
NF分离是一种绿色水处理技术，在某些方面可以替代传统费用高，工艺繁琐的污水处理方 法.其技术特点是:能截留分子量大于100的有机物以及多价离子，允许小分子有机物和单 价离子透过；可在高温，酸，碱等苛刻条件下运行，耐污染；运行压力低，膜通量高，装置 运行费用低；可以和其他污水处理过程相结合以进一步降低费用和提高处理效果.在水处理 中，NF膜主要用于含溶剂废水的处理，能有效地去除水中的色度，硬度和异味.NF膜以其特殊的分离性能已成功地应用于制糖，制浆造纸，电镀，机械加工以及化工反应催化剂的回收等行业的废水处理.
纳滤是一种绿色水处理技术，是国际上膜分离技术的最新发展，在某些方面可以替代传统费用高、工艺繁琐的污水处理方法。纳米级孔径且带有电荷的特殊过滤性能特点是：能截留分子量大于200的有机物以及多价离子，允许小分子有机物和单价离子透过；可在高温、酸、碱等苛刻条件下运行，膜耐受的条件范围宽，浓缩倍数高，耐污染；运行压力低，膜通量高，装置运行费用低，能耗极低(唯一驱动力是压力)。
由于纳滤膜特殊的孔径范围和制备时的特殊处理(如复合化、荷电化)，使得纳滤膜具有较特殊的分离性能，其在降低废水COD、水源水的色度、硬度和去除饮用水中的有机物(TOC)、三卤代烷(THMs)前驱物等方面的应用近年来受到广泛重视，已成功地应用于制糖行业、造纸行业、电镀行业、机械加工行业及化工反应催化剂的回收行业等的废水处理中。纳滤膜的应用研究主要集中在几个方面：根据中性溶质的分子量大小而进行分离；截留有机物分子而让单价电解质透过膜层；根据离子价态而实现离子问的分离。根据纳滤膜分离的特点，其应用范围主要适用于下述情况的物质分离：①对单价盐分离的截留率要求不高；②要求进行不同价态离子的分离，如软化处理；③需要对高分子量有机物与低分子量有机物进行分离，如葡萄酒脱醇；④盐和对应的酸的分离；⑤有机物和无机物的分离，如染料脱盐、乳清浓缩脱盐和饮用水净化。
纳滤膜具有热稳定性、耐酸、耐碱和耐溶剂等优良性质，在废水的有价物质回收中起到不可估量的作用，广泛地应用于各种有机废水的回收处理。比如农药废液处理、乳清和抗菌素脱盐、电镀废液中金属回收、各种石化废水处理等。在给水处理中，纳滤膜主要用于制备软化水、饮用纯净水，能有效地去除水中的色度、硬度和异味 。
试验研究及应用
(1）日用化工废水处理.用NF膜处理日用化工废水的应用研究表明NF膜耐酸碱，有优良的截留率，对重金属有很好的去除率，不存在膜污染问题.据估计，由于NF膜的运行费用低于反渗透技术，对有机小分子有良好的脱除率，可能会覆盖90%以上的日用化工废水处理.
(2）石油工业废水处理.
石油工业废水主要包括石油开采和炼制过程中产生的含各种无机盐和有机物的废水，其成分 非常复杂，处理难度大.采用膜法特别是NF法与其他方法相给合，既可有效处理废水还可以 回收有用物质.例如，先用NF膜将原油废水分离成富油的水相和无油的盐水相，然后把富油 相加入到新鲜的供水中再进入洗油工序，这样既回收了原油又节约了用水.以前多采用反渗 透 和相分离结合的方法处理石油工业废水，但存在着膜污染严重的问题，如果在反渗透前加一NF膜，就可以解决膜污染的问题.石油工业的含酚废水中主要含有苯酚，甲基酚,硝基酚以 及各类取代酚，此类物质的毒性很大，必须脱除后才能排放，若采用NF技术，不仅酚的脱除 率可达95%以上，而且在较低压力下就能高效地将废水中的镉，镍，汞，钛等重金属高价离子脱除，其费用比反渗透等方法低得多.
(3）杀虫剂废水处理.一般的水处理方法不能除去污染水中的低分子有机农药.通过研究NF膜对不含酚杀虫剂的截留性能发现除了二氯化物以外，其他杀虫剂的截留 率均高于96.7%，所有杀虫剂在NF膜上的吸附能力均受其疏水性的影响.采用NF处理含有酚 类杀虫剂的废水也十分有效.
(4）化纤，印染工业废水处理.NF可以用于印染过程排水中染料及助剂的脱除和回用.处 理染料聚合浆料时，由于大多数染料的分子量在几百到几千，NF膜可以让一些无机盐或小分 子通过，而对较大的染料分子进行截取，粗染料浆液经NF系统后，染料可以富集，而无机盐 的浓度下降，脱盐率大于98%，染料损失率小于0.1%，而且可以在高温下运行.此外，NF还 可以用于纤维加工过程中的含油废水的处理及回收再利用.
(5）生活污水处理.采用常用的生物降解和化学氧化相结合的方法处理生活污水时，氧化 剂的消耗很大，残留物多.如果在它们之间增加一个NF系统，让能被微生物降解的小分子（ 分子量小于100）通过，不能生物降解的有机大分子（分子量大于100）被截留下来经化学氧化 后再生物降解，这样就可以充分发挥生物降解的作用，节省氧化剂或活性炭的用量，降低最 终残留物的含量.
(6）热电厂二次废水的治理及回收利用.热电厂的二次废水主要来自冲灰，除尘及冷却系统，此类废水中含有大量的悬浮固体,灰份 及高含量的盐份和部分有机物.利用NF可以把这一类废水处理成工业回用水.首先用微滤除 去水中的全部悬浮颗粒，质量分数为99%的BOD,98%的COD,73%的总氮和17%的总磷，同时将水中的菌落总数降到3～4个/L，然后加酸降低pH以除去CO2，最后再经NF脱盐，达到锅炉用水的质量.澳大利亚太平洋热电厂的Eraring发电站已用NF对此类废水进行处理，每天处理1 000～15 000 m3废水，既减轻了市政供水系统的负荷，每年又可为热电厂节约 操作费用80万美元.该热电厂准备扩大发电规模，用水量也相应增大，估计到2010年，处理 此类废水量将达5 000 m3/d，效益极其可观.
(7）酸洗废液处理.钢厂的酸洗工序是将钢材浸入质量分数为20%左右的硫酸酸洗槽中进行 酸洗.随着酸洗的进行，硫酸浓度逐渐降低，硫酸亚铁浓度不断增高，当溶液中硫酸的质量 分数降至6%～8%，生成的硫酸亚铁浓度超过200～250 g/L时，酸洗速率下降，必须更 换酸洗液，排放酸洗废液.酸洗好的钢材必须用清水进行冲洗以除去表面的酸性物质，又造 成了废酸水的外排.为了保护环境，节约资源，可采用NF工艺处理酸洗废液.利用NF膜对硫 酸和硫酸亚铁截留率的不同，先将硫酸亚铁截留在浓缩液中，然后将浓缩液送入冷却结晶罐，冷却结晶出FeSO4·7H2O；透过液再经能截留硫酸的另一NF膜组件，截留后浓缩为20%的 硫酸，再生酸液回收利用，透过液则排至废酸水站，进一步处理排放或回收.这一工艺回收 了硫酸和硫酸亚铁，同时实现了酸洗废液的回收综合利用和废酸水达标排放的目的.
(8）造纸废水处理.采用NF膜技术替代传统的化学处理 法能更为有效地除去深色木质素.木浆漂白过程产生的氯化木质素 是带负电的，容易被带负电性的NF膜截留，并且对膜不会产生污染.另外,因为整个处理过程中对阳离子（Na+）的脱除率并没有严格要求，采用反渗透技术就显得没有必要 .采用超滤/纳滤处理牛皮纸制造废水有很好的效果。
工程应用
纳滤膜的孔径范围介于反渗透膜和超滤膜之间，其对二价和多价离了及分子量在200～1000之间的有机物有较高的脱除性能，而对单价离子和小分子的脱除率则较低。而且，与反渗透过程相比，纳滤过程的操作压力更低(一般在1.0Mpa左右);同时由于纳滤膜对单价离子和小分子的脱除率低，过程渗透压较小，所以，在相同条件下，纳滤与反渗透相比可节能15%左右[3]。因而在水处理中，纳滤被广泛应用于饮用水的浓度净化、水软化、有机物和生物活性物质的除盐和浓缩、水中三卤代物前躯物的去除、不同分子量有机物的分级和浓缩、废水脱色等领域。
Sibille等研究了法国Auverw-sur-Oise市的地下水，对纳滤和生物处理饮用水(臭氧—生物活性炭过滤)进行了对比。结果表明，纳滤可以显著提高饮用水的水质，减少细菌数量和有机物的浓度，从而使后续消毒更有效，也减少了三氯甲烷的形成。但是，研究又指出，少量极易被细菌等吸收的可生物降解的有机物质(BOM：BiologicalOrganicMatter)、可同化有机碳(AOC：AssimilableOrganicCarbon)也能透过纳滤膜。
虽然，纳滤技术的工程应用在美国、日本等国家的给水行业中已经得到大规模的推广，但在我国，将纳滤技术广泛地应用于工程实践的条件还不成熟，尚处于尝试阶段、本要问题是国产纳滤膜的性能指标不够过关。已有工程实例的报道，如国内首套工业化大规模膜软化系统——山东长岛南隍城纳滤示范工程，是纳滤技术在高硬度海岛苦咸水净化的实际应用。该工程由国家海洋局杭州水处理中心设计，于1997年4月正式投入生产淡水，系统连续正常运行27个月，淡化水符合国家生活饮用水卫生标准。
有关学者曾采用纳滤膜对某市自来水(以污染严重的淮河水为原水)进行深度处理试验，研究了纳滤循环制水试验工艺的效果。结果表明，循环试验工艺与单级纳滤工艺相比，在同样较低的压力下，出水率较高，并且能耗降低，减少了浓水排放。即使在回收率较高(80%)的情况下，膜出水中的总有机碳(TOC)仍比自来水低50%;对致会变物的去除十分显著，使Ames试验阳性的水转为阴性。
纳滤膜应用问题
纳滤膜有较高的膜通量，可以截留有机及无机污染物，而对人体必需的一些离子又有较大的透过率，因此，把纳滤膜应用于饮用水的深度净化较其它的膜分离技术有较大的优势。把钢滤膜应用于给水处理领域的主要问题是：
这三个问题是膜分离的基本问题，也是纳滤膜法水处理技术难以广泛应用的主要原因。世界各国的水处理工作者正在进行广泛的研究，寻求解决这些问题的途径。纳滤技术在给水处理领域的推广应用还依赖于这些问题的进一步解决。