水处理用膜制品技术工艺应用与现状分析

第一节 水处理用膜制品分类与构成分析

一、水处理用膜制品生产行业产品分类标准

膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。

二、水处理用膜制品国内市场份额

目前，反渗透膜强大的市场占有率，超滤膜还没有形成较大的占据局面，但是在近两三年来超滤膜开始飞速增长，进入发展关键期。

目前，反渗透膜市场被海德能和陶氏两大巨头占据，超滤膜市场还没有形成垄断局面。国内的超滤膜产品在一定程度上对抗，产品品质相对反渗透等产品来说要好得多。国外的超滤膜虽然质量虽好，但是在应用上会低于国产膜，其主要原因是国产膜在价格上占有一定优势。

目前的市场格局是，以科氏为代表的几个国外知名品牌占据了国内高端市场，而中低端市场被国内众多超滤厂家所瓜分，其中的代表企业有欧美环境、天津膜天膜，海南立升、大连欧科、汇通源泉等企业。现在国内的超滤膜企业正在以“星星之火可以燎原”之势发展壮大，其生产的膜产品质量均属中等水平，不足以形成垄断。

第二节 国内水处理用膜制品技术工艺应用分析

世博园采用超滤膜生物反应器回用雨水

在即将开放的上海世博会园区内，低碳、环保的节水措施随处可见，从节水型卫生洁具、直饮水台，到节水型绿化灌溉设施和污水雨水回收利用系统，于细节处令“绿色世博”理念深入人心，进一步诠释了“城市，让生活更美好”的主题。

2010年3月30日下午，首批世博直饮水台交付上海世博局，交付仪式在世博园内举行。世博会期间，数千万游客的到来，对水电及交通等基础设施需求猛增。除供水问题外，生活污水及雨水的处理也将是巨大考验。世博园中国未来馆，则对废水资源的循环利用进行了一次生动示范。

据悉，世博园中国未来馆是少数永久保留的建筑之一。该馆采用了立升企业与同济大学共同研发的PVC合金超滤膜生物反应器，对馆内生活污水及屋面雨水进行收集、处理及回用，规模为120吨/天，年处理污水将达4万多吨，全部回用于冲厕和场馆绿化。有关专家介绍，该污水回用技术具有占地少、能耗低等优点，对节能减排具有重大意义，尤其在水环境问题严重的地区，该技术的推广将使污水处理厂的生机改造达到国家城市污水排放的一级标准，在一定程度上缓解我国水资源短缺的压力。据悉，目前广西的皇氏奶业、两面针、柳州林化等企业都已采用了该项技术，对企业生产用水进行回收利用。

第三节 国外水处理用膜制品技术工艺应用分析

膜技术在水处理中的应用范围相当广泛，既可用于给水处理也可用于废水处理，在某些特殊行业的水处理中也有涉足，且其应用规模在不断扩大。目前，在膜法水处理应用方面领先的国家美国、日本、德国等。

发达国家如法国、荷兰、美国等已有越来越多的人口饮用采用膜技术生产的饮用水:法国有一座产水量高达314×105m3/d的膜法净水厂;英国建设的膜净水厂最大产水量达到80000m3/d。在淡水资源缺乏的地区，以海水、苦碱水或处理后的市政污水作为直接或间接饮用水源(回灌地下作为地下饮用水源)，已成为拓展现有水供应的有效方法，如1993年巴黎郊区建成一座产水量为2800m3/d的纳滤净水厂，利用经传统工艺处理后的地表水生产饮用水，此地表水经过三级纳滤系统处理，可有效去除其中的杀虫剂及THAs前体。在全世界范围内已建成的以二级市政污水为水源生产高质量饮用水的示范性膜法净水处理厂中，以美国科罗拉多州丹佛市的膜法水处理厂最为有名，其处理系统中的反渗透装置发挥着去除总溶解性固体和有机污染物的作用。

关于膜技术的处理成本，美国的自来水领域，用膜法处置的成本已低于其传统模式。在污水处理领域，使用膜法可以降低占地，从而降低土地利用以及设备成本，另外可以通过膜的长寿命运行来降低它的运行成本，因此，膜法处理污水的成本可能要比传统方法还要低些。

第四节 我国水处理用膜制品技术应用成熟度解析

目前我国膜制备生产技术已取得了重大突破，反渗透膜制备技术达到世界先进水平。2008年国产反渗透膜脱盐率已达到99.7%，属于国际尖端水平，国产反渗透膜国内市场占有率达到10%。我国在全球范围内首创PVC合金中空纤维膜技术，填补了国际空白，已成为饮用水深度处理的主流技术；攻克了热致相分离（TIPS）法制备聚偏氟乙烯中空纤维膜新工艺，突破了国外技术封锁，在2008年成功实现TIPS小试和中试，并将实现工业化生产。

第五节 水处理用膜制品技术工艺与市场应用关系分析

近年来，膜分离技术已成为水处理行业的一支重要力量。2030年中国人口将达到16亿，预计用水总量为7000亿～8000亿立方米，要求供水能力比现在增长1300亿～2300亿立方米，全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限，因此开发新的水资源如进行海水淡化势在必行。而目前采用反渗透膜进行海水淡化是最经济、清洁的方法。此外，近年来我国废水、污水排放量以每年18亿吨的速度增加，全国工业废水和生活污水每天的排放量近1.64亿吨，其中约80%未经处理直接排入水域，因此我国环保水处理方面对膜应用的需求量很大，将成为水工业增长潜力最大的领域。

第六节 不同类型生产工艺优缺点比较

常用的制膜方法有相转化法（流涎、纺丝）和复合法等。

1、相转化法

用相转化法制作的反渗透膜，对溶质起分离作用的仅是极薄的表面致密层，其厚度约为膜厚的1/100。膜的透过速度与表面致密层的厚度成反比，可以通过减小表面致密层的厚度提高膜的透过速度，但研究表明，要想制得厚度小于0.1(m的表面致密层是极为困难的。

在压力作用下，膜的压密使得膜的透过速度下降。膜的压密主要发生在介于表面致密层和下面多孔支撑层之间的过渡层，从而增加了膜的透过阻力。尽管有的研究指出，透过速度的下降与表面致密层的结构变化有关，但是只要操作压力不超过表面致密层高分子的屈服点，透过速度下降的主要原因仍在于过渡层的致密。因此，从减小表面致密层的厚度和解决过渡层压密的角度看，单纯依靠改进相转化法制膜工艺来提高膜性能是有限度的。

2、复合法

采用其它工艺分别制备致密的超薄脱盐层和多孔支撑层，然后将两部分进行复合，这样既可以减小表面致密层的厚度，又可以取消易引起压密的过渡层，还可以选择坚韧的材质制备多孔支撑层，选择高脱盐的材质制备超薄脱盐层，从而使膜同时具有较高的溶质分离率和溶剂透过速度，这是制作复合膜的基本设想。其特点如下：

1）可以选用不同的材质制作超薄脱盐层和多孔支撑层，使它们的功能分别达到最优化，从而优化复合膜的性能。

2）可以用不同方法制作高交联度和带离子性基团的超薄脱盐层，厚度可以控制到0.01-0.1m，从而使得膜对无机物特别是对有机物具有良好的分离率和较高透水速度，同时还具有良好的物化稳定性和耐压密性。

3）根据不同的应用特性，可以制作不同厚度的超薄脱盐层。

4）大部分复合膜可以制成干膜，有利于膜的运输和保存。

目前，复合膜的制作通常是先制作多孔支撑层，然后直接在多孔支撑层上以各种方法制作超薄脱盐层。对多孔支撑层，要求有适当大小的孔密度、孔径和孔径分布，有良好的耐压密性和物化稳定性。由于聚砜原料廉价易得，制膜简单，有良好的机械强度和抗压密性，有良好的化学稳定性，无毒，能抗微生物降解，膜可进行干燥，并对透水速度影响不大，所以目前工业上绝大多数复合膜主要采用聚砜多孔支撑膜作为支撑层。

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