水處理膜技術深度解析：超濾、納濾與反滲透的利器與挑戰

1. 超濾（UF）：大分子物質的守護屏障

• 原理： 利用微孔膜（孔徑約 0.001-0.1 微米），以壓力差為推動力，主要篩分去除水中的懸浮顆粒、膠體、細菌、病毒、大分子有機物（分子量 > 1,000 - 100,000 道爾頓）。保留水中的鹽分和小分子。

• 優點：

• 低壓節能： 操作壓力低（1-10 bar），能耗顯著低于 NF 和 RO。

• 高通量： 單位膜面積產水速率高，處理效率出色。

• 溫和分離： 對水質影響小，保留有益礦物質。

• 抗污染性較強： 相對較大的孔徑不易被小分子鹽類結垢堵塞。

• 缺點：

• 去除范圍有限： 無法有效去除溶解性鹽類、小分子有機物（如農藥）、硬度離子（鈣、鎂）、色素等。

• 產品水純度受限： 產水電導率基本與原水相近。

• 典型應用： 飲用水預處理（除濁、除菌）、RO/NF 的前處理保護、廢水深度處理回用、食品/制藥行業分離澄清。

2. 納濾（NF）：軟化與選擇性分離的多面手

• 
  原理： 孔徑介于 UF 和 RO 之間（約 0.001 微米），具有輕微荷電性。在壓力驅動（5-20 bar）下，通過篩分和電荷（道南效應）雙重作用，能高效截留二價及以上離子（如 Ca2?, Mg2?, SO?2?）、小分子有機物（分子量 200-1000 道爾頓）、色素、部分病毒。對單價離子（Na?, Cl?）截留率較低。

• 優點：

• 選擇性分離： 精準去除二價鹽和硬度（軟化），保留部分單價鹽，特別適合特定水質處理。

• 適度脫鹽： 去除部分溶解鹽，提升水質。

• 去除有機物： 對農藥、內分泌干擾物等小分子有機物去除效果優于 UF。

• 能耗低于 RO： 操作壓力通常低于 RO。

• 缺點：

• 無法完全脫鹽： 產水含鹽量高于 RO，不能用于制備高純水。

• 壓力與能耗居中： 高于 UF，低于 RO。

• 膜污染管理： 對進水水質有一定要求，需關注結垢和有機物污染。

• 典型應用： 飲用水深度處理（軟化、去除有機物）、苦咸水淡化、工業廢水回用（尤其含高價離子廢水）、食品/制藥行業物料分離與濃縮。

3. 反滲透（RO）：極致脫鹽的精密武器

• 原理： 采用致密無孔膜（孔徑 < 0.001 微米），在高壓（15-80 bar）驅動下，僅允許水分子通過，幾乎完全截留所有溶解鹽（> 99%）、離子、有機物（分子量 > 100 道爾頓）、微生物、膠體等。

• 優點：

• 極致凈化： 脫鹽率和污染物去除率最高，產水純度接近純水（電導率極低）。

• 廣譜去除： 幾乎能去除所有類型的溶解性污染物。

• 缺點：

• 高壓高能耗： 操作壓力最高，能耗是三種技術中最高的。

• 低回收率： 單級系統回收率受限（通常 50%-75%），產生較多濃水需妥善處理。

• 嚴格預處理： 對進水水質要求極為苛刻（需經 UF 或 MF 等嚴格保護），極易發生結垢、有機物和膠體污染。

• 去礦物質化： 幾乎去除所有離子，長期飲用需考慮礦化問題。

• 典型應用： 海水/苦咸水淡化制飲用水、超純水制備（電子/醫藥）、高純鍋爐補給水、廢水深度處理回用（“零排放”系統的核心）、食品飲料濃縮。

結論：匹配需求，方顯優勢

超濾、納濾、反滲透并非簡單的優劣排序，而是針對不同水質目標和應用場景的利器：

• 追求基礎物理凈化與微生物安全，選擇超濾，節能高效；

• 需要軟化水質、選擇性去除污染物并保留部分礦物質，納濾是最佳選擇；

• 要求極致脫鹽、制備高純水或淡化海水，反滲透不可替代。