如何進行水處理？

衡美水處理為您介紹部分污水處理的專業知識——反滲透膜、超濾膜、納濾膜區別。

一、反滲透膜、超濾膜、納濾膜對比

反滲透膜：是最精細的一種膜分離產品，其能有效截留所有溶解鹽份及分子量大 于100的有機物，同時允許水分子通過。反滲透膜廣泛應用于海水及苦咸水淡化、鍋爐補給水、工業純水及電子級高純水制備、飲用純凈水生產、廢水處理和特種分離等過程。

微濾膜：能截留0.1-1 微米之間的顆粒。微濾膜允許大分子和溶解性固體（無機鹽）等通過，但會截留住懸浮物、細菌及大分子量膠體等物質。微濾膜的運行壓力一般為0.7-7bar。

超濾膜：能截留0.002-0.1 微米之間的大分子物質和蛋白質。超濾膜允許小分子物質和溶解性固體（無機鹽）等通過，同時將截留下膠體、蛋白質、微生物和大分子有機物，用于表示超濾膜孔徑大小的切割分子量范圍一般在1000-500000之間。超濾膜的運行壓力一般1-7bar。

納濾膜：能截留納米級（0.001微米）的物質。納濾膜的操作區間介于超濾和反滲透之間，其截留有機物的分子量約為200-800MW左右，截留溶解鹽類的能力為20%-98%之間，對可溶性單價離子的去除率低于高價離子，納濾一般用于去除地表水中的有機物和色素、地下水中的硬度及鐳，且部分去除溶解鹽，在食品和醫藥生產中有用物質的提取、濃縮。納濾膜的運行壓力一般3.5-30bar。

反滲透膜：是最精細的一種膜分離產品，其能有效截留所有溶解鹽份及分子量大于100的有機物，同時允許水分子通過。反滲透膜廣泛應用于海水及苦咸水淡化、鍋爐補給水、工業純水及電子級高純水制備、飲用純凈水生產、廢水處理和特種分離等過程。反滲透膜的運行壓力一般介于苦咸水的12bar 到海水的70bar。

二、反滲透膜與超濾膜的優劣對比  

反滲透膜的孔徑只有超濾膜的1/100比例大小，因此反滲透水處理設備能夠有效去除水質當中的重金屬、農藥、三氯甲烷等化學污染物，超濾凈水器對此則是無能為力的。而超濾凈水器能去除的顆粒污染物及細菌，反滲透全能去除。    

（一）反滲透和超濾，核心部件都是膜元件。主要區別一共有兩點：    

1、出水水質和衛生部門的檢測標準有所不同，給大家舉一個例子來說明，出水細菌指標，超濾凈水器按照“一般水質處理器”，菌落總數為100個/毫升;而反滲透水處理設備則為20個/毫升，要求較為嚴格，當然反滲透水處理設備出水水質也要比超濾凈水器好很多。

2、反滲透水處理設備是分質供水，純水供應飲用，濃水用來洗滌;而超濾凈水器一般都是用作洗滌用水;當自來水水質較為優質時也可以用作飲用水超純水設備。

（二）超濾凈水器的優點：一般不用泵、不耗電，無電氣安全問題;接頭少、水壓低，故障率及漏水概率相對較低;結構簡單、價格便宜；

其缺點是：去除水中化學污染物效果差;對供水特發事件效果較差;出水口感稍差;不能降低水的硬度，如自來水硬度高，煮水容器可能會結垢。    

超濾膜可去除溶液中的大分子、膠體、蛋白質、微粒等，具有使用壓力低、產水量大、便于操作的特點。通過測試中空纖維超濾膜裝置深度凈化制酒原水的處理效果，證明超濾膜凈水裝置能有效地消除水在管網中的二次污染，進一步提高水質。   

（三）反滲透水處理設備的優點：水質安全，能夠有效去除水質當中的各種有害雜質;對于供水特發事件效果較好;出水口感較好;能夠有效降低水質的硬度，煮水容器不易結垢；

其缺點是：用泵、耗電，有電氣安全問題;接頭多、水壓高，故障率及漏水概率相對較高;結構較為復雜、價格相比較貴。

     二、超濾膜及納濾和反滲透的區別

        （一）超濾膜

超濾膜是一種加壓膜分離技術，即在一定的壓力下，使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特制的薄膜，而使大分子溶質不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質得到了部分的純化。           

超濾技術的優點是操作簡便，成本低廉，不需增加任何化學試劑，尤其是超濾技術的實驗條件溫和，與蒸發、冷凍干燥相比沒有相的變化，而且不引起溫度、pH的變化，因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶。在生物大分子的制備技術中，超濾主要用于生物大分子的脫鹽、脫水和濃縮等。超濾法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制劑。對于蛋白質溶液，一般只能得到10～50％的濃度。 家用 工業用 都可以。  

超濾技術的關鍵是膜。膜有各種不同的類型和規格，可根據工作

的需要來選用。     

（二）納濾

        納濾，介于超濾與反滲透之間。現在主要用作水廠或工業脫鹽。

       脫鹽率達百分之90以上。反滲透脫鹽率達99%以上 但，若對水質要求不是特別高，利用納濾可以節約很大的成本。    

       （三）反滲透          

           反滲透，是利用壓力表差為動力的膜分離過濾技術，源于美國二十世紀六十年代宇航科技的研究，后逐漸轉化為民用，目前已廣泛運用于科研、醫藥、食品、飲料、海水淡化等領域。

用作太空水、純凈水、蒸餾水等制備；酒類制造及降度用水； 醫藥、電子等行業用水的前期制備；化工工藝的濃縮、分離、提純及配水制備； 鍋爐補給水除鹽軟水；海水、苦咸水淡化；造紙、電鍍、印染等行業用水及廢水處理。

         四、六種膜處理方法

電滲析是在外加直流電場的作用下，利用離子交換膜的選擇透過性，使離子從一部分水中遷移到另一部分水中的物理化學過程。電滲析淡化器，就是利用多層隔室中 的電滲析過程達到使水除鹽的目的。   電滲析在廢水處理工程中的應用主要是廢水脫鹽，以及有用物質的回收和利用。    

在一些生物化工廢水中， COD 以及含鹽量都非常高。用生化法處理這些廢水時，由于高濃度的鹽分導致細菌無法生長，因此，可先用電滲析器對這些廢水進行脫鹽，降低含鹽量后再進行生化處理。   在造紙廢水、電鍍廢水等含有可回收的無機鹽類，可以用電滲析進行回收利用。

     五、微濾、超濾、納濾、反滲透區別表

          六、不同膜在水處理中應用：正滲透、反滲透、超濾、納濾

（一）正向滲透(FO)的原理  

用只能透過溶劑而不能透過溶質分子的半透膜將溶劑和溶液隔開，溶劑分子將在滲透壓的作用下自發地從溶劑側透過膜進入溶液側，這就是滲透現象，也即所謂的“正向滲透”。

1、正向滲透膜在水處理中的應用

（1）海水淡化  

FO用于海水淡化是其研究最為廣泛的領域之一。早期的應用研究主要見于一些專利中，但這些研究大都不成熟，可行性不高。  

（2）工業廢水處理  

早期有研究報道了FO膜用于低濃度重金屬廢水的處理，但由于其采用的RO（反滲透）膜污染嚴重，通量下降迅速，因而未得到深入開展。

（3）垃圾滲濾液處理  

美國俄勒岡州科瓦利斯市的CoffinButte垃圾填埋場每年可產生(2-4)×104 m3的垃圾滲濾液，為達到土地利用的水質標準，必須將出水的TDS降到100 mg/L以下。

（二）反滲透膜技術

1、反滲透(RO)的原理  

反滲透是一種以壓力為推動力的膜分離過程在使用中為產生反滲透壓需用水泵給含鹽水溶液或廢水施加壓力以克服自然滲透壓及膜的阻力使水透過反滲透膜,，將水中溶解鹽或污染雜質阻止在反滲透膜的另一側。

2、反滲透膜在水處理中的應用

（1）反滲透膜在水處理方面的常規應用  

水是人們賴以生存和進行生產活動必不可少的物質條件。由于淡水資源日益缺乏，世界上反滲透水處理裝置的能力已達到每天數百萬噸。

（2）反滲透膜在城市污水方面的應用  目前，反滲透膜在城市污水深度處理方面的應用尤其是污水處理廠二級出水回用及中水回用等，已受到高度重視。

（3）反滲透膜在重金屬廢水處理方面的應用  含重金屬離子廢水的常規處理方法都只是一種污染轉移, 即將廢水中溶解的重金屬轉化成沉淀或更加易于處理的形式，其最終處置常常是進行填埋，而重金屬對地下水和地表水環境造成二次污染的危害依然長期存在。  

（4）反滲透膜在含油廢水方面的應用

含油廢水是一種量大面廣的工業廢水，若直接排入水體，會在水體表層產生油膜阻礙氧氣溶入水中從而致使水中缺氧、生物死亡、發出惡臭，嚴重污染生態環境。油3.5mg/L、總有機碳(TOC)(16 ~23) mg/L的油田采出水處理到鍋爐用水水質于是處理后的水回用于電站鍋爐給水。

（三）微濾和超濾膜技術

1、超濾（UF）和微濾（MF）的基本原理  

超濾和微濾都是在靜壓差的推動力作用下進行液相分離的過程，從原理上說并沒有什么本質上的差別，同為篩孔分離過程。在一定壓力作用下，當含有高分子的溶質和低分子溶質的混合溶液流過膜表面時，溶劑和小于膜孔的低分子溶質（如無機鹽）透過膜，成為滲液被搜集;大于膜孔的高分子溶質（如有機膠體）則被膜截留而作為濃縮液回收。能截留分子量500以上、106以下分子的膜分離過程稱為超濾;只能截留更大分子（通常被稱為分散顆粒）的膜分離過程稱為微濾。  

2、超濾和微濾膜的應用  

超濾、微濾技術可以有效去除顆粒狀物質，包括微生物，如隱胞蟲子、賈第蟲、細菌和病毒。還可通過一定程度地降低消毒副產物前體物的濃度和限制消毒過程中氧化劑需求量來減少消毒副產物。但對水中有機物的去除率很低，僅在20%以下。超濾和微濾的使用范圍比較廣，能夠適用于處理不同的水質量。     

（四）納濾膜技術

1、納濾（NF）原理  

納濾（NF）是一種新型分子級膜分離技術，是目前世界膜分離領域研究的熱點之一。NF膜孔徑在1nm以上，一般在1-2nm;對溶質的截留性能介于RO與UF膜之間;RO膜幾乎對所有的溶質都有很高的脫除率，但NF膜只對特定的溶質具有高脫除率。NF膜能夠去除二價、三價離子，Mn≥200的有機物，以及微生物、膠體、熱源、病毒等。納濾膜的一個很大特征是膜本體帶有電荷，這是它在很低壓力下(僅0.5MPa)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，也是NF運行成本較低的主要原因。NF適合各種含鹽水源，水利用率一般為75%~85%，海水淡化時在30%~50%，沒有酸堿廢水排放。

2、納濾膜在水處理中的應用

（1）納濾膜在飲用水中的應用  

納濾操作壓力小，是飲用水制備和深度凈化的首選工藝。  

目前，大多數城市的給水水源均受到不同程度的污染，而自來水廠的常規處理工藝對水中有機物去除率不高，當采用氯殺菌消毒時，氯又會與水中的有機物會生成鹵代副產物。Peltier等 4年的跟蹤研究表明：采用納濾系統后水中的DOC降低到平均0.7mg C/L，出水余氯的含量由0.35mg/L降到0.1mg/L，最終網線中三鹵甲烷(THMs)的形成比未采用納濾系統時減少了50%。另外，由于生物降解型溶解有機碳(BCOD)的減少，改進了產水的生物穩定性。  納濾技術能夠去除絕大部分的Ca、Mg等離子，因此脫鹽(desalination)是納濾技術應用最多的領域。膜法水處理技術在投資、操作和維修及價格等方面與常規的石灰軟化和離子交換過程相近，但具有無污泥、不需再生、完全除去懸浮物和有機物、操作簡便和占地省等優點，應用實例較多。納濾可以直接用于地下水、地表水和廢水的軟化，還可以作為反滲透(Reverse osmosis，RO)、太陽能光伏脫鹽裝置(Photovoltaic powered desalination system)等的預處理。

（2）納濾膜在海水淡化中的應用  

海水淡化是指將含鹽量為35000mg/L的海水淡化至500mg/L以下的飲用水。

（3）納濾膜在廢水處理中的應用

A、生活污水  

生活污水一般用生物降解/化學氧化法結合處理，但氧化劑的用量太大，殘留物多。薛罡等采用微絮凝纖維球過濾.超濾.納濾組合工藝對賓館洗浴廢水進行了小試試驗。超濾出水水質可達到回用至賓館廁所沖洗、綠化等環節的用水要求，納濾出水水質可達到生活飲用水衛生標準(GB5749.85)，可以回用至賓館洗衣、洗浴等用水要求更高的環節。

B、紡織、印染廢水  

紡織廢水中含有的染料很難用生物的方法去除，Hassani研究了酸性、活性、直接和分散染料水溶液的濃度、壓力、總溶解性固體和無機鹽含量等對納濾膜截留性能的影響。

C、制革廢水  

制革廢水含有高濃度的有機物、硫酸鹽和氯化物，酸洗工序的廢液電導值達到75 mS/cm。Bes-Pia采用NF技術回收了制革廢水，所得到的高濃度硫酸鹽濃水回到酸洗段，而氯化物的產水打回裂化反應鼓。

D、電鍍廢水  

電鍍工廠往往產生大量廢液，盡管采取酸化、化學無害化、沉降和分離污泥等復雜處理步驟，產水含鹽量高，不能重新回用。

E、造紙廢水  

在紙漿和造紙業中，勻漿、漂白和造紙等工序都需要大量的水。實現水系統的(半)密閉循環是紙漿廠、造紙廠節約水資源降低排放量的最佳途徑。傳統活性污泥法的產水中還含有部分有色化合物、微生物、抗體和少量的生物分解物，懸浮固體等，僅能被用于制造包裝紙，不能用于更高級別紙的生產。另外，該法不能減少無機鹽的含量。Koyuncu對比了水→納濾以及造紙廢水→活性污泥→納濾兩種處理工藝的實用性，實驗表明：兩種方法的出水質量相似，第二種方法的產水通量更好，出水可以用于高級別紙。但納濾產水仍然含有一定量的一價鹽，需要再增加低壓反滲透裝置脫除鹽類才能保證循環水的質量。

（五）滲析和電滲析

1、 滲析

 滲析(Dialysis，簡稱D)是溶質在自身的濃度梯度作用下，從膜的上游傳向膜的下游的過程。  滲析是最早被發現并研究的膜分離技術，但因為受到本身體系的限制，滲析過程進行緩慢，效率低下，滲析過程的選擇性不高，因此滲析過程主要用于脫除含有多種溶質溶液中的低分子量組分，如血液滲析，即以滲析膜代替腎來去除尿素、肌酸酐、磷酸鹽和尿酸等有毒的低分子量組分，以緩解腎衰竭和尿毒癥患者的病情。

2、電滲析  

電滲析(Electrodialysis，簡稱ED)是在直流電場的作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜對溶液中的陰陽離子的選擇性，把電解質從溶液中分離出來，從而實現溶液的濃縮、淡化、精制和提純。     

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