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　　摘 要近年,纳滤净化技术在我国城镇水厂得到一定规模的推广应用,普遍取得了较好的净化效果,但在净化过程中生成了一定量的浓水,其净化处理和资源化回用受到人们关注,并制约了纳滤净化工艺的推广应用。论文基于国内纳滤净化工艺应用目标的调研结果,分析了纳滤浓水的产生、影响因素及其典型水质特征,论述了浓水排放和处理处置方面的典型研究进展,探讨了纳滤浓水处理处置的优化策略。论文可为纳滤净化系统在国内的推广应用提供一定的指导和借鉴。

　　刘成, 贾丽晴, 雍绍文, 等.我国典型地区水厂纳滤净化系统产生浓水的水质特征及处理需求分析[J].净水技术, 2024, 43(6): 1-8,19.

　　近年来以纳滤为核心的膜净化技术在国内城镇水厂中的应用案例逐步增多，并在污染物去除方面取得良好的效果。结合近年来的应用案例可以看出，纳滤净化技术去除的目标物已经在应用初期的SO 、总硬度等高价离子基础上，扩展到有机污染物、NO-3 等新的污染物种类,且工程项目中使用纳滤膜的种类及特性也出现了一定的差别。鉴于纳滤净化技术的作用原理，净化过程中会将去除的物质成分分离到纳滤浓水中，导致其含量水平显著增大,并对其后续处理处置和安全排放造成一定的负面影响。目前尚需系统研究及明确纳滤浓水的产生、水质特征及危害、排放限制及安全处置等内容。

　　本文将基于目前国内纳滤工艺应用的现状,在分析纳滤浓水产生及影响因素基础上，探讨纳滤浓水水质的水质特征及其可能的生态效应,结合相关排放标准限制探究浓水处理需求及处理技术。

　　一般认为，纳滤净化技术主要通过筛分效应、电荷效应和介电截留等作用途径实现水中物质成分的“去除”或分离,将装置进水分为产水和浓水两部分。纳滤系统净化过程中“去除”的物质成分主体转移到浓水中，导致浓水中特定物质成分的含量显著增大,并可能由此产生一系列的环境风险问题。纳滤净化过程中浓水的产生量及其水质情况因系统运行状况和进水水质存在一定的差异,其具体情况如下。

　　城镇水厂中纳滤技术的净化过程机理如图1所示。在纳滤净化过程中，除少量物质组分被附着到膜面和截留到膜层中外，大部分被截留和“去除”的物质组分迁移到浓水中，从而产生纳滤浓水。

　　表1 为宁夏某水厂纳滤净化系统典型水质指标的跟踪检测结果，水样类型涵盖纳滤进水、纳滤出水及纳滤浓水。可以看出，纳滤浓水的水质与进水、产水水质直接相关，且产水率会在一定程度上影响浓水的水质。

　　根据纳滤浓水的产生过程,纳滤净化过程产生的浓水中浓缩有大量物质组分，如Ca2+、Mg2+、HCO-3等无机盐及有机污染物。结合纳滤系统在国内水厂的应用情况，纳滤浓水一般可分为以下两种类型。

　　在应用初期,纳滤技术主要用于去除高硬度原水中的总硬度(Ca2+、Mg2+)和SO 等高价离子,对水中的单价离子(Na+、K+、Cl-、HCO-3 等)也有一定的去除效能，去除率一般在60%以下。这类净化过程产生纳滤浓水的无机离子浓度及含盐量较高，因此，一般认为纳滤浓水具有高含盐量、高硬度等基本水质特征。这类纳滤浓水在我国西北地区水厂的纳滤应用案例中较为常见，宁夏某水厂的纳滤浓水(表1)为典型的高含盐量浓水。

　　近年来，部分水厂采用纳滤技术整体提升出水水质，对于这类净化过程中产生的纳滤浓水，溶解性总固体含量一般能满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)的限值要求，但有机物含量显著增加(一般增加2 ～3 倍)。纳滤浓水中含有多种抗生素、农药及PFCs 等新污染物，如图2 所示。目前尚缺乏直接限制纳滤浓水中有机物种类及含量的排放标准，但高有机物含量浓水直接排放可能引起的生态风险需要引起充分重视。

　　基于纳滤浓水的产生过程可知，影响纳滤浓水水质的主要因素包括进水水质、系统回收率、膜材质、阻垢剂种类及用量、运行条件等。

　　（1）进水水质：纳滤浓水中的污染物来源主要为纳滤进水中的物质组分，而各城镇水厂的原水类型及物质组分种类和含量存在明显差异，因此，纳滤净化过程产生浓水的水质存在较显著的差别。

　　（2）产水(回收)率：纳滤系统的产水率在很大程度上决定了浓水中特定物质组分的浓缩倍数，较高的产水率会导致浓水中物质浓度的增大。但需注意的是，纳滤净化过程并非单纯的物理筛分过程，特定条件下的浓差极化及离子平衡效应可能会导致产水、浓水中的离子组分含量出现异常变化。

　　（3）纳滤膜材质及表面特性：纳滤膜的材质及其表面特性直接影响了纳滤膜的截留率，进而影响浓水中的物质种类及含量。基于膜表面特性的纳滤膜改性是目前纳滤膜研究中的重要研究方向，直接影响着纳滤膜的功能定位及其净化效能、运行工况及浓水水质。

　　（4）阻垢剂种类及用量：阻垢剂主要通过与进水中的成垢离子形成具有较好分散性的复合体，来降低净化过程中的“硬垢”的产生及附着，缓解纳滤膜污染及堵塞现象，保障净化过程顺利进行。实际工程中应用的阻垢剂主要成分有羟基乙叉二膦酸(HEDP)、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)等，在净化过程中通过凝聚分散或者螯合作用与水中特定成分形成复合物，阻垢剂进入浓水后会影响浓水的排放及后续处置，需要引起充分重视。

　　（5）纳滤操作条件：纳滤净化过程的操作条件主要包括运行压力、纳滤膜状态、清洗方式及频率等，这些条件会影响纳滤膜的净化效能，进而影响浓水水质。此外，为保障纳滤膜系统正常运行而设置的预处理方式会显著改变纳滤进水水质，导致浓水水质的差异。

　　基于纳滤净化系统产生浓水的合规排放或资源化回用需求，需要选择适当的处理处置方式。目前针对此方面的研究和实践主要包括以下两个方面。

　　现有研究及实践中针对此方面所涉及的净化技术、去除对象及净化效率情况如表2 所示。

　　可以看出，鉴于溶解性总固体及典型离子的去除难度，浓水处理方面的工作目前主要集中在研究及中试阶段，且存在净化效率低、处理成本高等方面的问题，实际应用难度较大。近年来，李长庚等开发的改良型诱晶软化技术可以有效去除总硬度和部分硫酸盐、溶解性总固体，应用改良型诱晶软化技术处理纳滤浓水开展了初步的研究及工程实践尝试，结果表明该方法可以有效降低纳滤浓水中的总硬度、硫酸盐及溶解性总固体含量(图3),运行管理简单、处理成本低。后续经进一步优化和完善，可为纳滤浓水的处理处置和资源化利用提供一种新的选择。

　　由于前期纳滤单纯用于强化典型 有机物去除的应用较少，目前针对纳滤浓水中有机物尤其是典型有机物去除的研究较少。考虑到浓水中部分新污染物种类及含量较高的情况(图2)，在细化评估其毒性和生态效应基础上，进行针对性处理。

　　结合纳滤净化技术浓水水质特征，实现其安全处置及资源化利用，需要基于其水质特性开发针对性净化技术或同步去除多元污染物净化技术。结合前期研究及工程实践进展可以看出，强化去除浓水中溶解性总固体、硫酸盐、总硬度等离子型物质成分去除是技术研发的重点。在此基础上进一步复合天然有机物和微量有毒有害污染物的去除功能可以有效推动纳滤系统浓水的安全处置。

　　（1）我国城镇水厂纳滤净化技术应用逐步受到重视，后期可能会迎来井喷式发展。

　　（2）水厂纳滤浓水普遍具有成分复杂、危害不明等方面的特性，且受到多种因素影响，需要结合其水质特征进行针对性处理，以满足排放及资源化回用的要求。

　　（3）随着环保要求的日益严格，纳滤浓水的安全处理及回用可能会成为制约纳滤净化技术在城镇水厂应用的关键因素。

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　　来源：中国科技核心期刊 《净水技术》2024年第六期，本篇内容在原文基础上有删减， 仅供分享交流不作商业用途，版权归原作者和原作者出处。

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