面对严峻的水资源短缺和水环境污染问题，发展用于非常规水源开发的水处理技术，是保障水资源可持续发展的重要措施。纳滤技术符合水处理技术节能、高效的发展理念，在水处理领域表现出巨大的应用潜力，有望成为饮用水安全保障和废水资源化利用等领域的关键和共性技术。
膜技术是材料与过程工程等学科交叉结合、相互渗透而产生的领域，已发展成一类高效的分离技术，尤其适于解决当下水资源短缺和水环境污染等重大问题，是实现水资源可持续发展战略的重要支撑技术。
在众多的水处理膜技术中，又以压力驱动的微滤（microfiltration，MF）、超滤（ultrafiltration，UF）和反渗透（reverse osmosis，RO），以及电场驱动的电渗析（electrodialysis，ED）等膜技术应用最为广泛。而同属压力驱动的纳滤（nano-filtration，NF）则是近年来颇受关注的新兴水处理膜技术，其应用市场也正在不断拓展。
▲ 理想的全膜集成水处理技术工艺流程概念图
根据上述几种水处理膜技术特性，图给出了理想的全膜法水处理集成工艺流程概念。
纳滤分离技术是继微滤、超滤和反渗透技术之后的第四代压力驱动膜技术，其分离性能介于反渗透和超滤技术之间，主要应用于液相体系中多价离子、部分一价离子和小分子有机物（分子量约为200～1000）的脱除，并因其膜孔径在1 nm左右而得名。
▲ 渗透、反渗透和纳滤过程机理
纳滤的概念起源于20 世纪80 年代，是介于超滤和反渗透之间的膜分离技术，表现出特有的截留高分子量有机物和透盐性能，以及对不同价态盐的选择性分离能力，在饮用水深度处理、工业废水资源化处理、市政污水回用、海水淡化为代表的非常规水源开发等水处理领域表现出良好的应用前景，被认为是21 世纪最有发展前景的水处理技术之一。
经过40多年的发展，纳滤技术在分离机理、膜材料及制备方法、过程集成与设计等诸多方面取得了显著的进步与成功，使得纳滤技术进入蓬勃发展的阶段。下图给出了在工程科技KGO 数据库中以“nanoflitration”作为关键词生成的云图，可以看出，纳滤膜和水处理仍是纳滤技术的核心内容。
▲ 以“nanofiltration”为关键词的云图
我国的纳滤技术从20 世纪90 年代开始发展，1993 年我在全国膜会议上交流了纳滤这个概念，引起了大家的热烈讨论和关注。过去30 年间，国内纳滤技术进入蓬勃发展的阶段，聚焦在纳滤膜材料研发、生产和组件制造等方面，形成了一系列具有自主知识、性能先进的纳滤技术体系，在纳滤技术的基础研究和技术创新方面的科研产出数量居世界前列。然而，随着纳滤概念边界的不断延伸，纳滤膜材料的研究和纳滤技术的应用领域不断拓展，快速成长的纳滤水处理技术也面临许多需要深入研究和解决的理论和应用问题：面向日益复杂的水环境和多元化的水处理需求，如何制备高通量、高选择性、耐污染的纳滤膜材料？从工程化应用的角度，如何实现系统的优化设计从而充分发挥纳滤自身的技术优势？这些成为从事纳滤技术开发和应用的科研和工程人员共同关心和思考的问题。
侯立安院士及其团队在纳滤水处理技术方面进行了十余年的研究和探索，积累了扎实的专业知识和丰富的科研与工程实践经验，发表了一系列具有影响力的论文和专利，得到学术界与产业界的认可。系列研究工作涉及高性能膜材料开发、系统过程设计、膜污染控制和工程应用等多个方向，这些工作对纳滤技术的发展具有至关重要的作用。
中国工程院院士
2021 年12 月
基于纳滤技术所适用分离对象的尺度（分子量）范围内物质种类极多，以及膜技术易于集成和设计的特点，制备具有精确筛分能力的纳滤膜，构建以纳滤为核心的集成工艺实现精细化分离，特别是实现资源化水处理将会成为未来一段时间内纳滤水处理技术发展的一个重要趋势。
为了充分发挥纳滤技术的水处理优势，并拓展其应用领域，以下几个关键科学问题的解决和关键技术的突破将至关重要：
各类新型功能材料在纳滤膜制备中的应用；
为了适应功能化新型材料，建立更有效的纳滤膜制备方法，以及对现有纳滤膜制备方法的改进；
基于新材料的应用和新制备方法的实施，进一步拓展纳滤分离技术的应用市场；
更精确描述纳滤分离过程机理与模型的建立；
通过制膜材料和制备方法的升级换代、纳滤分离过程的优化，提升纳滤膜在实际运行中的稳定性和抗污染性等，实现纳滤膜技术在实际应用过程中的高性能化。
未来纳滤水处理技术的核心仍旧是高品质纳滤膜的研制和高效率纳滤过程的设计。为了达到上述两个目标，必须借助先进的表征技术，构建精确的机理模型。因此，可以预见纳滤技术未来的重点发展方向及趋势如下图所示。
▲ 纳滤技术体系发展趋势预测
纳滤作为已经规模化应用的新型膜分离技术，若能进一步突破上述十余项技术，必将能更加充分地发其高选择性、低能耗、低成本的优势，在水资源的可持续开发领域发挥更大的作用。
本文摘编自《纳滤水处理技术》（侯立安，张林等著. 北京：科学出版社，2022.2）一书“序”“前言”“第1章 概述”“第9 章 纳滤水处理技术展望”，有删减，标题为编者所加。
（本文编辑：刘四旦）
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