衡美水处理之反渗透膜、超滤膜、纳滤膜的区别

如何进行水处理？

衡美水处理为您介绍部分污水处理的专业知识——反渗透膜、超滤膜、纳滤膜区别。

一、反渗透膜、超滤膜、纳滤膜对比

反渗透膜：是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大 于100的有机物，同时允许水分子通过。反渗透膜广泛应用于海水及苦咸水淡化、锅炉补给水、工业纯水及电子级高纯水制备、饮用纯净水生产、废水处理和特种分离等过程。

微滤膜：能截留0.1-1 微米之间的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留住悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为0.7-7bar。

超滤膜：能截留0.002-0.1 微米之间的大分子物质和蛋白质。超滤膜允许小分子物质和溶解性固体（无机盐）等通过，同时将截留下胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物，用于表示超滤膜孔径大小的切割分子量范围一般在1000-500000之间。超滤膜的运行压力一般1-7bar。

纳滤膜：能截留纳米级（0.001微米）的物质。纳滤膜的操作区间介于超滤和反渗透之间，其截留有机物的分子量约为200-800MW左右，截留溶解盐类的能力为20%-98%之间，对可溶性单价离子的去除率低于高价离子，纳滤一般用于去除地表水中的有机物和色素、地下水中的硬度及镭，且部分去除溶解盐，在食品和医药生产中有用物质的提取、浓缩。纳滤膜的运行压力一般3.5-30bar。

反渗透膜：是最精细的一种膜分离产品，其能有效截留所有溶解盐份及分子量大于100的有机物，同时允许水分子通过。反渗透膜广泛应用于海水及苦咸水淡化、锅炉补给水、工业纯水及电子级高纯水制备、饮用纯净水生产、废水处理和特种分离等过程。反渗透膜的运行压力一般介于苦咸水的12bar 到海水的70bar。

二、反渗透膜与超滤膜的优劣对比  

反渗透膜的孔径只有超滤膜的1/100比例大小，因此反渗透水处理设备能够有效去除水质当中的重金属、农药、三氯甲烷等化学污染物，超滤净水器对此则是无能为力的。而超滤净水器能去除的颗粒污染物及细菌，反渗透全能去除。    

（一）反渗透和超滤，核心部件都是膜元件。主要区别一共有两点：    

1、出水水质和卫生部门的检测标准有所不同，给大家举一个例子来说明，出水细菌指标，超滤净水器按照“一般水质处理器”，菌落总数为100个/毫升;而反渗透水处理设备则为20个/毫升，要求较为严格，当然反渗透水处理设备出水水质也要比超滤净水器好很多。

2、反渗透水处理设备是分质供水，纯水供应饮用，浓水用来洗涤;而超滤净水器一般都是用作洗涤用水;当自来水水质较为优质时也可以用作饮用水超纯水设备。

（二）超滤净水器的优点：一般不用泵、不耗电，无电气安全问题;接头少、水压低，故障率及漏水概率相对较低;结构简单、价格便宜；

其缺点是：去除水中化学污染物效果差;对供水特发事件效果较差;出水口感稍差;不能降低水的硬度，如自来水硬度高，煮水容器可能会结垢。    

超滤膜可去除溶液中的大分子、胶体、蛋白质、微粒等，具有使用压力低、产水量大、便于操作的特点。通过测试中空纤维超滤膜装置深度净化制酒原水的处理效果，证明超滤膜净水装置能有效地消除水在管网中的二次污染，进一步提高水质。   

（三）反渗透水处理设备的优点：水质安全，能够有效去除水质当中的各种有害杂质;对于供水特发事件效果较好;出水口感较好;能够有效降低水质的硬度，煮水容器不易结垢；

其缺点是：用泵、耗电，有电气安全问题;接头多、水压高，故障率及漏水概率相对较高;结构较为复杂、价格相比较贵。

   二、超滤膜及纳滤和反渗透的区别

    （一）超滤膜

超滤膜是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。           

超滤技术的优点是操作简便，成本低廉，不需增加任何化学试剂，尤其是超滤技术的实验条件温和，与蒸发、冷冻干燥相比没有相的变化，而且不引起温度、pH的变化，因而可以防止生物大分子的变性、失活和自溶。在生物大分子的制备技术中，超滤主要用于生物大分子的脱盐、脱水和浓缩等。超滤法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制剂。对于蛋白质溶液，一般只能得到10～50％的浓度。 家用 工业用 都可以。  

超滤技术的关键是膜。膜有各种不同的类型和规格，可根据工作

的需要来选用。     

（二）纳滤

    纳滤，介于超滤与反渗透之间。现在主要用作水厂或工业脱盐。

    脱盐率达百分之90以上。反渗透脱盐率达99%以上 但，若对水质要求不是特别高，利用纳滤可以节约很大的成本。    

    （三）反渗透          

     反渗透，是利用压力表差为动力的膜分离过滤技术，源于美国二

十世纪六十年代宇航科技的研究，后逐渐转化为民用，目前已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域。

用作太空水、纯净水、蒸馏水等制备；酒类制造及降度用水； 医药、电子等行业用水的前期制备；化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备； 锅炉补给水除盐软水；海水、苦咸水淡化；造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。

     四、六种膜处理方法

电渗析是在外加直流电场的作用下，利用离子交换膜的选择透过性，使离子从一部分水中迁移到另一部分水中的物理化学过程。电渗析淡化器，就是利用多层隔室中 的电渗析过程达到使水除盐的目的。   电渗析在废水处理工程中的应用主要是废水脱盐，以及有用物质的回收和利用。    

在一些生物化工废水中， COD 以及含盐量都非常高。用生化法处理这些废水时，由于高浓度的盐分导致细菌无法生长，因此，可先用电渗析器对这些废水进行脱盐，降低含盐量后再进行生化处理。   在造纸废水、电镀废水等含有可回收的无机盐类，可以用电渗析进行回收利用。

   五、微滤、超滤、纳滤、反渗透区别表

     六、不同膜在水处理中应用：正渗透、反渗透、超滤、纳滤

（一）正向渗透(FO)的原理  

用只能透过溶剂而不能透过溶质分子的半透膜将溶剂和溶液隔开，溶剂分子将在渗透压的作用下自发地从溶剂侧透过膜进入溶液侧，这就是渗透现象，也即所谓的“正向渗透”。

1、正向渗透膜在水处理中的应用

（1）海水淡化  

FO用于海水淡化是其研究最为广泛的领域之一。早期的应用研究主要见于一些专利中，但这些研究大都不成熟，可行性不高。  

（2）工业废水处理  

早期有研究报道了FO膜用于低浓度重金属废水的处理，但由于其采用的RO（反渗透）膜污染严重，通量下降迅速，因而未得到深入开展。

（3）垃圾渗滤液处理  

美国俄勒冈州科瓦利斯市的CoffinButte垃圾填埋场每年可产生(2-4)×104 m3的垃圾渗滤液，为达到土地利用的水质标准，必须将出水的TDS降到100 mg/L以下。

（二）反渗透膜技术 

1、反渗透(RO)的原理  

反渗透是一种以压力为推动力的膜分离过程在使用中为产生反渗透压需用水泵给含盐水溶液或废水施加压力以克服自然渗透压及膜的阻力使水透过反渗透膜,，将水中溶解盐或污染杂质阻止在反渗透膜的另一侧。

2、反渗透膜在水处理中的应用

（1）反渗透膜在水处理方面的常规应用  

水是人们赖以生存和进行生产活动必不可少的物质条件。由于淡水资源日益缺乏，世界上反渗透水处理装置的能力已达到每天数百万吨。

（2）反渗透膜在城市污水方面的应用  目前，反渗透膜在城市污水深度处理方面的应用尤其是污水处理厂二级出水回用及中水回用等，已受到高度重视。

（3）反渗透膜在重金属废水处理方面的应用  含重金属离子废水的常规处理方法都只是一种污染转移, 即将废水中溶解的重金属转化成沉淀或更加易于处理的形式，其最终处置常常是进行填埋，而重金属对地下水和地表水环境造成二次污染的危害依然长期存在。  

（4）反渗透膜在含油废水方面的应用

含油废水是一种量大面广的工业废水，若直接排入水体，会在水体表层产生油膜阻碍氧气溶入水中从而致使水中缺氧、生物死亡、发出恶臭，严重污染生态环境。油3.5mg/L、总有机碳(TOC)(16 ~23) mg/L的油田采出水处理到锅炉用水水质于是处理后的水回用于电站锅炉给水。

（三）微滤和超滤膜技术

1、超滤（UF）和微滤（MF）的基本原理  

超滤和微滤都是在静压差的推动力作用下进行液相分离的过程，从原理上说并没有什么本质上的差别，同为筛孔分离过程。在一定压力作用下，当含有高分子的溶质和低分子溶质的混合溶液流过膜表面时，溶剂和小于膜孔的低分子溶质（如无机盐）透过膜，成为渗液被搜集;大于膜孔的高分子溶质（如有机胶体）则被膜截留而作为浓缩液回收。能截留分子量500以上、106以下分子的膜分离过程称为超滤;只能截留更大分子（通常被称为分散颗粒）的膜分离过程称为微滤。  

2、超滤和微滤膜的应用  

超滤、微滤技术可以有效去除颗粒状物质，包括微生物，如隐胞虫子、贾第虫、细菌和病毒。还可通过一定程度地降低消毒副产物前体物的浓度和限制消毒过程中氧化剂需求量来减少消毒副产物。但对水中有机物的去除率很低，仅在20%以下。超滤和微滤的使用范围比较广，能够适用于处理不同的水质量。     

（四）纳滤膜技术

1、纳滤（NF）原理  

纳滤（NF）是一种新型分子级膜分离技术，是目前世界膜分离领域研究的热点之一。NF膜孔径在1nm以上，一般在1-2nm;对溶质的截留性能介于RO与UF膜之间;RO膜几乎对所有的溶质都有很高的脱除率，但NF膜只对特定的溶质具有高脱除率。NF膜能够去除二价、三价离子，Mn≥200的有机物，以及微生物、胶体、热源、病毒等。纳滤膜的一个很大特征是膜本体带有电荷，这是它在很低压力下(仅0.5MPa)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，也是NF运行成本较低的主要原因。NF适合各种含盐水源，水利用率一般为75%~85%，海水淡化时在30%~50%，没有酸碱废水排放。 

2、纳滤膜在水处理中的应用

（1）纳滤膜在饮用水中的应用  

纳滤操作压力小，是饮用水制备和深度净化的首选工艺。  

目前，大多数城市的给水水源均受到不同程度的污染，而自来水厂的常规处理工艺对水中有机物去除率不高，当采用氯杀菌消毒时，氯又会与水中的有机物会生成卤代副产物。Peltier等 4年的跟踪研究表明：采用纳滤系统后水中的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，最终网线中三卤甲烷(THMs)的形成比未采用纳滤系统时减少了50%。另外，由于生物降解型溶解有机碳(BCOD)的减少，改进了产水的生物稳定性。  纳滤技术能够去除绝大部分的Ca、Mg等离子，因此脱盐(desalination)是纳滤技术应用最多的领域。膜法水处理技术在投资、操作和维修及价格等方面与常规的石灰软化和离子交换过程相近，但具有无污泥、不需再生、完全除去悬浮物和有机物、操作简便和占地省等优点，应用实例较多。纳滤可以直接用于地下水、地表水和废水的软化，还可以作为反渗透(Reverse osmosis，RO)、太阳能光伏脱盐装置(Photovoltaic powered desalination system)等的预处理。

（2）纳滤膜在海水淡化中的应用  

海水淡化是指将含盐量为35000mg/L的海水淡化至500mg/L以下的饮用水。

（3）纳滤膜在废水处理中的应用

A、生活污水  

生活污水一般用生物降解/化学氧化法结合处理，但氧化剂的用量太大，残留物多。薛罡等采用微絮凝纤维球过滤.超滤.纳滤组合工艺对宾馆洗浴废水进行了小试试验。超滤出水水质可达到回用至宾馆厕所冲洗、绿化等环节的用水要求，纳滤出水水质可达到生活饮用水卫生标准(GB5749.85)，可以回用至宾馆洗衣、洗浴等用水要求更高的环节。

B、纺织、印染废水  

纺织废水中含有的染料很难用生物的方法去除，Hassani研究了酸性、活性、直接和分散染料水溶液的浓度、压力、总溶解性固体和无机盐含量等对纳滤膜截留性能的影响。

C、制革废水  

制革废水含有高浓度的有机物、硫酸盐和氯化物，酸洗工序的废液电导值达到75 mS/cm。Bes-Pia采用NF技术回收了制革废水，所得到的高浓度硫酸盐浓水回到酸洗段，而氯化物的产水打回裂化反应鼓。

D、电镀废水  

电镀工厂往往产生大量废液，尽管采取酸化、化学无害化、沉降和分离污泥等复杂处理步骤，产水含盐量高，不能重新回用。

E、造纸废水  

在纸浆和造纸业中，匀浆、漂白和造纸等工序都需要大量的水。实现水系统的(半)密闭循环是纸浆厂、造纸厂节约水资源降低排放量的最佳途径。传统活性污泥法的产水中还含有部分有色化合物、微生物、抗体和少量的生物分解物，悬浮固体等，仅能被用于制造包装纸，不能用于更高级别纸的生产。另外，该法不能减少无机盐的含量。Koyuncu对比了水→纳滤以及造纸废水→活性污泥→纳滤两种处理工艺的实用性，实验表明：两种方法的出水质量相似，第二种方法的产水通量更好，出水可以用于高级别纸。但纳滤产水仍然含有一定量的一价盐，需要再增加低压反渗透装置脱除盐类才能保证循环水的质量。

（五）渗析和电渗析

1、 渗析

 渗析(Dialysis，简称D)是溶质在自身的浓度梯度作用下，从膜的上游传向膜的下游的过程。  渗析是最早被发现并研究的膜分离技术，但因为受到本身体系的限制，渗析过程进行缓慢，效率低下，渗析过程的选择性不高，因此渗析过程主要用于脱除含有多种溶质溶液中的低分子量组分，如血液渗析，即以渗析膜代替肾来去除尿素、肌酸酐、磷酸盐和尿酸等有毒的低分子量组分，以缓解肾衰竭和尿毒症患者的病情。

2、电渗析  

电渗析(Electrodialysis，简称ED)是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜对溶液中的阴阳离子的选择性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。   

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