納濾技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代，最早被稱(chēng)為“疏松的反滲透膜”，是伴隨著低壓反滲透技術(shù)而誕生發(fā)展的一種新型膜技術(shù)，納濾兼有超濾和反滲透的優(yōu)點(diǎn)，因能截留物質(zhì)的大小約1 nm而得名。納濾的運(yùn)行壓力介于超濾和反滲透之間，它截留有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量大約為200~400左右，截留溶解性鹽的能力為20%~98%，對(duì)單價(jià)陰離子鹽溶液的脫除率低于高價(jià)陰離子鹽溶液，如氯化鈉及氯化鈣的脫除率為20%~80%，而硫酸鎂及硫酸鈉的脫除率為90%~98%。

納濾可以脫鹽軟化、去除砷及氟化物，并對(duì)農(nóng)藥、內(nèi)分泌干擾物和抗生素等微量有機(jī)物也有理想的處理效果，同時(shí)保留水中對(duì)人體有益的礦物元素，在市政給水領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。20世紀(jì)80年代以來(lái)，歐美地區(qū)建設(shè)了大量市政納濾水廠，其中最有影響力為法國(guó)巴黎Mery-sur-Oise水廠，該水廠于1999年建成14萬(wàn)m3/d的納濾系統(tǒng)，是世界上第一個(gè)應(yīng)用于地表水處理的大型納濾系統(tǒng)。

隨著國(guó)內(nèi)高質(zhì)量發(fā)展的不斷推進(jìn)，公眾對(duì)飲用水的水質(zhì)需求日趨提高，部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)陸續(xù)發(fā)布了更加嚴(yán)格地方飲用水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)，居民對(duì)飲用水健康安全問(wèn)題十分關(guān)注。近年來(lái)，納濾在國(guó)內(nèi)市政給水領(lǐng)域的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，太倉(cāng)、張家港和嘉興等市政給水納濾項(xiàng)目的成功落地，開(kāi)啟了納濾技術(shù)在國(guó)內(nèi)市政給水領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)新時(shí)代，以納濾為核心的組合工藝將逐步應(yīng)用于市政給水領(lǐng)域。

1 市場(chǎng)應(yīng)用需求分析

1.1 安全供水的要求

1.1.1 硬度、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽及氟超標(biāo)水的處理

鹽分是健康飲用水的重要成分，但鹽分過(guò)高的水不宜飲用，例如內(nèi)陸地區(qū)的苦咸水和沿海地區(qū)的海水。此外，飲用水中硬度過(guò)高的容易引起結(jié)石等病變，硫酸鹽過(guò)高可引起輕瀉、脫水和胃腸道紊亂，氟、砷等有毒、有害離子也容易造成人體內(nèi)臟器官的病變和損壞。納濾膜能夠有效地去除硬度、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、氟和砷。目前，在國(guó)內(nèi)市政給水領(lǐng)域已建成投產(chǎn)的納濾系統(tǒng)主要用于脫鹽軟化。

（1）苦咸地下水處理?？嘞趟貐^(qū)的地下水中總硬度、硫酸鹽、氟、重金屬等含量一般偏高，以此作為原水的供水廠出廠水水質(zhì)較難達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）。部分地區(qū)雖然沒(méi)有超出生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，但飲用水中的硬度（以碳酸鈣計(jì)）接近國(guó)標(biāo)限值（450mg/L），當(dāng)?shù)鼐用穹从吃跓_(kāi)后水杯內(nèi)有白色沉淀，感觀較差，洗臉毛巾使用后易變黃、變硬、管網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重，一定程度上影響人民生活質(zhì)量和身體健康。隨著人民生活水平的不斷提高，安全供水的剛性需求會(huì)促使大量的苦咸水地區(qū)市政水廠實(shí)施水質(zhì)提標(biāo)改造。鑒于納濾技術(shù)優(yōu)良的脫鹽效果，該技術(shù)己逐漸成為苦咸水脫鹽軟化的首選，并得到了大規(guī)模的工程應(yīng)用，現(xiàn)有工程案例見(jiàn)表1。

表1 納濾在苦咸地下水處理領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)典型工程應(yīng)用案例

（2）受咸潮影響的地表水處理。對(duì)于靠近海洋地表水源，受冬季過(guò)程中隨著海水倒灌的影響而發(fā)生咸潮，原水中氯離子含量超標(biāo)，常規(guī)的凈水工藝不能有效解決去除氯離子，導(dǎo)致咸潮期間水廠出廠水水質(zhì)達(dá)不到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006)的相關(guān)要求。為了解決地表水源的咸潮問(wèn)題，相關(guān)河流入?？诔鞘薪ㄔO(shè)了大型避咸水庫(kù)，如上海的青草沙和陳行水庫(kù)。由于納濾膜工藝對(duì)于氯離子具有較好的去除效果，能有效保障受咸潮影響區(qū)域的飲用水水質(zhì)安全，在某些地區(qū)可考慮作為建設(shè)避咸水庫(kù)替代技術(shù)方案。

福州市長(zhǎng)樂(lè)二水廠總設(shè)計(jì)產(chǎn)水規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，原水取自閩江，每年十月份以后原水氯化物指標(biāo)不斷升高，最高時(shí)段原水氯化物已達(dá)1 000mg/L，由于常規(guī)自來(lái)水處理工藝無(wú)法處理水中氯化物，嚴(yán)重影響供水水質(zhì)。為充分保證城市飲用水品質(zhì)，長(zhǎng)樂(lè)二水廠采用了納濾處理工藝進(jìn)行了深度處理改造，以降低產(chǎn)水中的氯離子含量及總含鹽量，使之達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）。長(zhǎng)樂(lè)二水廠納濾膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)水氯離子1 500mg/L，產(chǎn)水水質(zhì)氯離子要求≤150mg/L，納濾膜系統(tǒng)已于2018年10月建成并出水。

1.1.2 硬度、硫酸鹽、氯化物超標(biāo)的微污染地表水處理

南四湖作為南水北調(diào)東線工程的重要調(diào)蓄水庫(kù)，同時(shí)也是將來(lái)山東受水區(qū)的重要地表水源地，其水質(zhì)狀況對(duì)當(dāng)?shù)鼐用褚约昂罄m(xù)其他受水區(qū)有著深刻的影響，對(duì)凈水廠選擇處理工藝也影響重大。南四湖水中較高的有機(jī)物和溶解性無(wú)機(jī)鹽等問(wèn)題，容易導(dǎo)致受水區(qū)域飲用水水質(zhì)不穩(wěn)定的情況。尋找一條經(jīng)濟(jì)有效、保證用水安全的解決方法一直是南水北調(diào)工程的工作重點(diǎn)之一。納濾工藝可以有效去除硬度、硫酸鹽和氯化物，在南水北調(diào)東線山東半島受水區(qū)域具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。目前山東半島區(qū)域的濰坊、濟(jì)寧和東營(yíng)等采用南水北調(diào)東線原水的某些水廠，在工藝方案設(shè)計(jì)階段選用了納濾處理工藝，設(shè)施分階段建設(shè)或預(yù)留建設(shè)條件。

1.2 同城同質(zhì)的需求

為了提升供水系統(tǒng)的安全保障性能和供水水質(zhì)，多地實(shí)施了優(yōu)質(zhì)原水的引水工程。如果優(yōu)質(zhì)的外引水規(guī)模不能完全滿足城市的供水量需求，就會(huì)造成同一城市不同的凈水廠原水水質(zhì)有所差別，在相同的凈水工藝情況下就會(huì)出現(xiàn)同城不同質(zhì)的供水情況。

某市主供水源為當(dāng)?shù)厮屯庖?，兩種水源在水質(zhì)指標(biāo)上存在許多差異，尤其是水體總硬度差別較大。當(dāng)?shù)厮捕瘸Ｄ晏幱?80~310mg/L之間，而外引水原水硬度在128.1~158.1mg/L之間。并且，兩種水源的硫酸鹽、氯化物等指標(biāo)也存在較大差異，如表2所示。

表2 某市當(dāng)?shù)厮c外引水水源水質(zhì)情況

目前某市現(xiàn)有水廠所采用的沉淀+砂濾的常規(guī)工藝以及臭氧-生物活性炭深度處理工藝對(duì)水中硬度、氯化物、硫酸鹽等的去除均無(wú)明顯效果。因此，以當(dāng)?shù)厮疄樗吹乃畯S，其出廠水硬度及溶解性固體等指標(biāo)遠(yuǎn)高于采用外引水為水源的水廠。對(duì)同一座城市不同地區(qū)的民眾而言，最終實(shí)現(xiàn)自來(lái)水的同城同質(zhì)，是迫切而現(xiàn)實(shí)的需求。因此某市水司擬對(duì)采用當(dāng)?shù)厮吹乃畯S采用納濾膜工藝進(jìn)行深度處理改造，主要聚焦硬度、氯化物及硫酸鹽等無(wú)機(jī)鹽的去除，使得相關(guān)水廠出廠水質(zhì)對(duì)標(biāo)外引水為水源的水廠，實(shí)現(xiàn)同城同質(zhì)供水的目標(biāo)。

1.3 高品質(zhì)供水的追求

隨著公眾對(duì)高品質(zhì)飲用水的需求日趨提高，居民對(duì)飲用水健康安全問(wèn)題十分關(guān)注，原水水質(zhì)相對(duì)較好的部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)陸續(xù)發(fā)布了更加嚴(yán)格地方飲用水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)水司在滿足地方標(biāo)準(zhǔn)的前提下追求更高品質(zhì)的供水水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)供水行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

納濾膜可在高效去除水中微量有毒有害有機(jī)物和致嗅味物質(zhì)的同時(shí)，保留水中對(duì)人體有益的礦物元素(部分Ca2+、Mg2+與一價(jià)離子)，實(shí)現(xiàn)飲用水從“安全性階段”進(jìn)階到“健康學(xué)階段”的高品質(zhì)飲用水目標(biāo)。有研究表明納濾技術(shù)在去除消毒副產(chǎn)物前體物方面具有去除率高、去除效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于納濾產(chǎn)水中NOM濃度很低（TOC通?！?.5mg/L），可減少消毒劑的投加劑量，進(jìn)一步降低消毒副產(chǎn)物的生成。DIXON等研究了不同的納濾膜元件對(duì)常見(jiàn)飲用水致嗅味物質(zhì)土臭素和2-甲基異莰醇的去除效果，研究表明致密納濾膜元件的去除率一般≥95%，疏松性納濾膜元件去除率≥85%。

張家港現(xiàn)狀水廠原水均取自長(zhǎng)江，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）Ⅱ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)常規(guī)處理工藝處理后出廠水濁度在0.18~0.28 NTU，耗氧量平均為1.30~1.50mg/L，水質(zhì)滿足國(guó)家及江蘇省的相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。為進(jìn)一步提升張家港供水水質(zhì)及安全可靠性，實(shí)現(xiàn)更高品質(zhì)的供水水質(zhì)，張家港水司在擴(kuò)建及現(xiàn)狀水廠深度處理改造中采用了納濾工藝。其中張家港第四水廠20萬(wàn)m3/d擴(kuò)建工程新建10萬(wàn)m3/d的納濾系統(tǒng)，于2020年7月建成投產(chǎn)。另外，張家港第三水廠20萬(wàn)m3/d深度處理改造工程將建設(shè)10萬(wàn)m3/d的納濾系統(tǒng)，張家港第四水廠現(xiàn)狀40萬(wàn)m3/d深度處理改造工程將建設(shè)20萬(wàn)m3/d的納濾系統(tǒng)。

2 工程投資及運(yùn)行成本分析

納濾系統(tǒng)具體項(xiàng)目工程投資及運(yùn)行成本受到項(xiàng)目工程規(guī)模、系統(tǒng)商務(wù)技術(shù)要求和業(yè)主運(yùn)行管理習(xí)慣等多種因素影響，本文相關(guān)數(shù)據(jù)僅供參考。

2.1 工程投資

納濾系統(tǒng)工程投資分為土建投資和設(shè)備投資，以去除有機(jī)物為目標(biāo)的某10萬(wàn)m3/d疏松性納濾系統(tǒng)工程為例，初步設(shè)計(jì)概算中納濾膜車(chē)間的工程造價(jià)一般為：土建2 000萬(wàn)元、設(shè)備及安裝費(fèi)用8 000萬(wàn)元，總投資為10 000萬(wàn)元，即1 000元/m3產(chǎn)水。

1 000元/m3產(chǎn)水的噸水投資僅包括納濾膜系統(tǒng)，不包括納濾的預(yù)處理工藝和濃水處理處置部分。在設(shè)備安裝費(fèi)用中，納濾膜組件330元/m3產(chǎn)水，配套儀表閥門(mén)250元/m3產(chǎn)水，電氣自控（不包括高壓部分）100元/m3產(chǎn)水，配套管道、支架及電纜等70元/m3產(chǎn)水，安裝調(diào)試50元/m3產(chǎn)水。

對(duì)于以去除硬度、硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽為目標(biāo)的致密性納濾，納濾膜組件的投資費(fèi)約280元/m3產(chǎn)水，其余與疏松性納濾基本相同，初步設(shè)計(jì)概算中噸水投資約950元/m3產(chǎn)水。

2.2 運(yùn)行成本

經(jīng)調(diào)研國(guó)內(nèi)外已建成投產(chǎn)的納濾水廠，納濾系統(tǒng)直接運(yùn)行成本的組成主要包括電耗、藥耗、膜組件折舊和其他設(shè)備折舊及易耗耗材。以去除有機(jī)物為目標(biāo)的疏松性納濾與以去除硬度、硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽為目標(biāo)的致密性納濾，在運(yùn)行成本方面具有明顯的差別。

2.2.1 疏松性納濾

疏松性納濾系統(tǒng)直接運(yùn)行約0.45元/m3產(chǎn)水，主要組成為：

·電耗：系統(tǒng)耗電量約0.25 kW·h/m3產(chǎn)水，電費(fèi)按0.7元/kW·h計(jì)，則系統(tǒng)電耗運(yùn)行成本約0.18元/m3產(chǎn)水；

·藥耗：疏松性納濾系統(tǒng)阻垢劑投加量一般為0.2mg/L，折算成本約0.10元/m3產(chǎn)水，其他藥耗成本約0.02元/m3產(chǎn)水，總藥耗成本約0.12元/m3產(chǎn)水；

·膜組件折舊：本部分膜元件成本計(jì)算依據(jù)的膜元件價(jià)格與工程投資一致，膜元件使用壽命按8年計(jì)算，系統(tǒng)運(yùn)行水量按設(shè)計(jì)規(guī)模計(jì)算，則膜元件折舊成本約0.11元/m3產(chǎn)水;

·其他設(shè)備折舊及易耗耗材：約0.04元/m3產(chǎn)水。

2.2.2 致密性納濾

致密性納濾系統(tǒng)運(yùn)行成本受納濾系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)和目標(biāo)產(chǎn)水水質(zhì)的影響較大，一般情況下直接運(yùn)行約0.95元/m3產(chǎn)水，主要組成為：

·電耗：系統(tǒng)耗電量約0.80 kW·h/m3產(chǎn)水，電費(fèi)按0.7元/kW·h計(jì)，則系統(tǒng)電耗運(yùn)行成本約0.56元/m3產(chǎn)水；

·藥耗：致密性納濾系統(tǒng)阻垢劑投加量一般為0.4mg/L，折算成本約0.20元/m3產(chǎn)水，其他藥耗成本約0.04元/m3產(chǎn)水，總藥耗成本約0.24元/m3產(chǎn)水；

·膜組件折舊：本部分膜元件成本計(jì)算依據(jù)的膜元件價(jià)格與工程投資一致，膜元件使用壽命按7年計(jì)算，系統(tǒng)運(yùn)行水量按設(shè)計(jì)規(guī)模計(jì)算，則膜元件折舊成本約0.11元/m3產(chǎn)水;

·其他設(shè)備折舊及易耗耗材：約0.04元/m3產(chǎn)水。

3 限制性因素分析

納濾因?yàn)閮?yōu)越的處理效果且可保留水中對(duì)人體有益的礦物元素，在市政給水領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，但是仍存在一些有待解決的問(wèn)題仍然限制了市政給水領(lǐng)域納濾大規(guī)模工程化應(yīng)用。

3.1 納濾膜元件的無(wú)效分離

納濾膜在飲用水處理應(yīng)用過(guò)程中，去除目標(biāo)污染物的同時(shí)也對(duì)一些無(wú)需及不希望去除的物質(zhì)進(jìn)行了分離，導(dǎo)致了納濾系統(tǒng)的運(yùn)行能耗及藥耗增加，增加了納濾系統(tǒng)的運(yùn)行成本，同時(shí)影響了納濾尾水的處理處置，某些條件下甚至?xí)鸺{濾產(chǎn)水的化學(xué)不穩(wěn)定性。

3.2 納濾膜預(yù)處理系統(tǒng)的復(fù)雜性

現(xiàn)狀工程上應(yīng)用的納濾膜元件基本為卷式復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，且膜元件采用錯(cuò)流串聯(lián)的過(guò)濾方式，特殊的膜結(jié)構(gòu)形式及運(yùn)行方式，對(duì)于納濾膜進(jìn)水的水質(zhì)提出了嚴(yán)格的要求，導(dǎo)致了納濾膜預(yù)處理系統(tǒng)的復(fù)雜性，已建的大量市政給水項(xiàng)目為了應(yīng)用納濾膜工藝而增加了超濾膜等預(yù)處理系統(tǒng)，增加了工程投資及運(yùn)行成本。

3.3 納濾工藝系統(tǒng)與給水行業(yè)管理習(xí)慣的匹配性

目前國(guó)內(nèi)市政給水領(lǐng)域納濾的應(yīng)用往往借鑒于工業(yè)領(lǐng)域，一般情況下工業(yè)系統(tǒng)納濾工藝工程規(guī)模較小，且屬于工業(yè)廠房的配套輔助系統(tǒng)，工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谒幚硐到y(tǒng)布置和生產(chǎn)運(yùn)行管理的關(guān)注點(diǎn)與市政給水領(lǐng)域差別較大，應(yīng)依據(jù)市政給水大規(guī)模工程化應(yīng)用的特點(diǎn)進(jìn)行全面的系統(tǒng)優(yōu)化，提升納濾系統(tǒng)在工藝布置方面的感官效果、降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗和加強(qiáng)水廠生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)便利性。

3.4 納濾尾水的處理處置

納濾膜系統(tǒng)在給水處理行業(yè)的應(yīng)用中，伴隨著一個(gè)不可避免的問(wèn)題：即隨著納濾過(guò)程中高品質(zhì)產(chǎn)水的不斷回收，進(jìn)水不斷被濃縮，而最終形成鹽分較高的尾水。部分地區(qū)原水中含鹽量（TDS）較高，經(jīng)過(guò)納濾處理后，納濾尾水的TDS含量不能滿足當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，造成了飲用水水質(zhì)提升的需求與環(huán)保行業(yè)排放監(jiān)管的矛盾。

4 結(jié)論與建議

為響應(yīng)人們對(duì)飲用水水質(zhì)越來(lái)越高的期盼，近年來(lái)全國(guó)各地均在推廣深度處理工藝，部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)提出了從供“合格水”到供“高品質(zhì)水”的轉(zhuǎn)變目標(biāo)，從而對(duì)自來(lái)水廠出水水質(zhì)提出了更高的要求，也對(duì)傳統(tǒng)水處理工藝提出了挑戰(zhàn)，人們對(duì)于飲用水水質(zhì)的高標(biāo)準(zhǔn)需求必然要求更為先進(jìn)的水處理工藝的應(yīng)用。對(duì)于水源水質(zhì)復(fù)雜或供水品質(zhì)要求較高的地區(qū)，建設(shè)飲用水大型納濾工藝水廠對(duì)提升人民飲用水安全及生活水平具有重要的戰(zhàn)略意義。

目前納濾在市政給水領(lǐng)域納濾大規(guī)模工程化應(yīng)用仍然面臨著一些有待解決或優(yōu)化的限制性因素，應(yīng)當(dāng)從用戶(hù)實(shí)際需求的角度對(duì)納濾工藝關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備集成開(kāi)發(fā)進(jìn)行研究，解決不同工程應(yīng)用條件的重難點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題，相關(guān)建議為：

（1）納濾膜元件研究開(kāi)發(fā)：應(yīng)依據(jù)國(guó)內(nèi)市政給水領(lǐng)域納濾大規(guī)模應(yīng)用的實(shí)際需求，在膜材料開(kāi)發(fā)和膜元件制造上進(jìn)行創(chuàng)新，研究開(kāi)發(fā)技術(shù)經(jīng)濟(jì)適用性更強(qiáng)的膜元件；

（2）納濾膜裝置設(shè)備集成開(kāi)發(fā)：對(duì)納濾膜裝置進(jìn)行裝配化和集約化的設(shè)備成套集成開(kāi)發(fā)，提升單套膜架裝置的最大處理規(guī)模，降低膜裝置的建造成本及運(yùn)行費(fèi)用，便于工程實(shí)施和生產(chǎn)運(yùn)行管理；

（3）納濾工藝系統(tǒng)優(yōu)化研究：對(duì)納濾膜工藝的預(yù)處理系統(tǒng)、膜車(chē)間重要設(shè)計(jì)參數(shù)以及運(yùn)行維護(hù)關(guān)鍵點(diǎn)等方面進(jìn)行研究，提升納濾工藝技術(shù)的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)可行性；

（4）納濾尾水處理處置研究：建議相關(guān)部門(mén)聯(lián)合研究納濾尾水處理處置相關(guān)環(huán)保政策要求及排放許可情況，研究制定政策、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理的納濾尾水處理處置路線。