2. 膜法工艺基础与术语

在工厂回用水系统中，膜法工艺通常不是单一膜种“包打天下”，而是按分离精度由粗到细组合成预处理与脱盐段。理解微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）四类膜的基本原理与分离边界，是后续工艺选择、膜通量核算、回收率设定和污染控制的前提。本节先建立“按孔径与截留机理分层”的认知框架，再把通量、回收率、脱盐率、污染指数等术语落到可计算、可判断的工程语境中。

一、四类膜的分层逻辑：从筛分到溶解-扩散

微滤与超滤属于低压膜，主要依靠孔径筛分和吸附截留。微滤孔径大致在0.1～10 μm，可截留悬浮物、胶体、部分细菌和藻类，典型用于多介质过滤后的精滤、RO前保安过滤；超滤孔径约1～100 nm（常用截留分子量1～100 kDa），能截留胶体、蛋白质、大分子有机物和大部分细菌、病毒，是回用水系统中常见的RO预处理核心单元。两者对溶解性盐类基本无去除能力，出水仍保持原水的电导率水平。

纳滤与反渗透属于压力驱动致密膜。纳滤对二价及多价离子、部分小分子有机物有较高截留，对一价离子截留较低，常用于软化、去除硫酸盐和部分色度；反渗透则对几乎所有溶解性离子具有高截留能力，是回用水脱盐、实现回用指标（如电导率、总溶解固体）达标的关键单元。四类膜的分离特性差异，决定了它们在系统中所处的位置和承担的任务。

二、关键术语：把“感觉”变成可核算的量

通量是单位膜面积单位时间的产水量，常用单位 L/(m²·h)，记作 LMH。它是膜系统规模设计的核心参数：给定设计产水量 Q（m³/h）和选定通量 J（LMH），所需膜面积 A = Q×1000 / J。例如某回用系统设计产水 50 m³/h，超滤设计通量取 60 LMH，则所需膜面积约 833 m²；若实际运行中通量因污染下降到 40 LMH，同样膜面积只能产约 33 m³/h，这就是通量衰减对产水能力的直接影响。工程上常区分设计通量、运行通量和临界通量，运行时应尽量控制在临界通量以下以减缓污染。

回收率指产水量占进水量之比，R = Q_产水 / Q_进水 × 100%。回收率越高，浓水排放越少、水利用率越高，但浓水侧盐分和污染物被浓缩，结垢与污染风险上升。以 RO 为例，若进水含盐量 2000 mg/L、回收率 75%，则浓水含盐量近似被浓缩到约 8000 mg/L（忽略盐透过），必须校核浓水侧难溶盐是否超饱和，并据此决定是否加阻垢剂或降低回收率。NF 与 RO 的回收率设定往往受浓水结垢边界约束，而不是单纯追求高值。

脱盐率表征膜对溶解盐的截留能力，SR = (1 − C_产水/C_进水) × 100%。例如进水 TDS 2000 mg/L、产水 TDS 60 mg/L，则脱盐率约 97%。脱盐率随膜类型、进水温度、压力、回收率和污染状况变化，运行中脱盐率明显下降往往提示膜氧化损伤、密封圈泄漏或浓水串流，是重要的状态判断指标。

污染指数最常用的是 SDI（淤泥密度指数），用于评价进水胶体和颗粒对膜的污染倾向，是 RO 进水的重要控制指标，通常要求 SDI₁₅ < 5，回用水系统常控制在 3 以下。SDI 通过规定孔径滤膜在恒定压力下过滤水样，记录初始与 15 分钟后的过滤时间计算得出，数值越高表示胶体越多、膜污染风险越大。与之配合的还有浊度、COD、余氯等指标，共同构成膜前水质的判断依据。

三、从术语到运行判断：一个示例核算

假设某工厂回用水系统超滤产水 60 m³/h 进入 RO，RO 设计回收率 70%，则 RO 产水约 42 m³/h、浓水约 18 m³/h。若进水 TDS 为 1800 mg/L、脱盐率按 97% 估算，产水 TDS 约 54 mg/L，可满足一般回用补水要求。此时应重点校核：浓水 TDS 约 6000 mg/L 下碳酸钙、硫酸钙等是否超饱和；UF 产水 SDI 是否稳定低于 3；RO 运行通量是否维持在设计值附近。若 SDI 升高而通量下降、脱盐率同时走低，应优先排查预处理失效与膜污染，而不是简单提高操作压力。

需要强调的是，上述数值为教学示例中的合理假设，实际工程应以水质全分析、膜厂家导则和小试/中试数据为准。掌握四类膜的分离边界与四个关键术语的物理含义，才能在方案比选中说清楚“为什么这样选膜、这样定回收率、这样控污染”，而不是停留在设备清单的堆叠。