水处理用膜制品技术工艺研发动态与发展趋势分析

第一节 国内水处理用膜制品技术工艺研发动态

1、研制新型有机膜

大连理工大学研究开发出一种新型含二氮杂萘铜结构类双酚单体(DHPZ)，该单体具有芳环杂非共平面扭曲结构，由其合成的含二氮杂萘铜结构的聚芳醚铜(PPEK)和聚芳醚砜(PPES)具有耐高温、可溶解的综合性能。

2、立升首创PVC合金帘式膜技术

立升承担十五国家科技攻关计划引导项目期间，通过对PVC材料进行合金改性，改变成膜结构、亲水性和抗污染性，成功实现用最廉价的工程塑料——PVC材料生产优质超滤膜，生产成本仅国外1/3，一举奠定了立升和中国在世界超滤膜生产领域的领先地位。解决了超滤膜因生产成本过高而难以实现全面推广的问题。

为推进我国城乡饮水安全改造进程，立升企业与太平洋水处理工程有限公司、南通市自来水公司等单位，以PVC合金超滤膜为核心技术，开展“浸入式超滤膜技术为核心的短流程净水工艺”研究，旨在进一步降低PVC合金超滤膜的应用成本。研究已取得了突破性成果，并通过了国内众多知名专家鉴定，成为“第三代市政供水处理工艺”发展过程中的又一重要技术突破。

在超滤膜性能提高和成本降低的双重推动下，我国自来水工业迎来技术发展的新机遇。当前上水领域应用的超滤膜技术主要为柱式膜，很少用帘式膜。“短流程净水工艺”采用的核心组件——立升PVC合金帘式超滤膜相较柱式超滤膜成本更加低廉，水质适应性更强，能耗更低，应用在自来水处理领域，能进一步降低投资和运行成本，而且产水完全符合106项新指标要求。

PVC合金超滤帘式膜利用外压式过滤原理。在温度适中时，水通过自身重力流经膜，从而减少能耗。温度较低时，膜通量相对减少，才需要加压过滤，但依然实现了运行成本的降低。这一进步再次降低膜法自来水处理成本，为我国老水厂改造和新建水厂提供了一条新的技术路线，符合资源节约型产业化发展方向。特别是通过实践证明，新水质指标要求是完全可以通过较低投入实现的。据项目专家介绍，该技术应用于自来水水处理，在世界水处理行业尚属首创。

3、新型膜材料及膜组器的制备和应用关键技术与工程示范

1）研究目标：

围绕当前和今后适用于污水处理和回用的膜生物反应器(MBR)等领域对微/超滤膜材料和膜组器的快速需求，研究开发基于聚偏氟乙烯等材料的低成本、高性能、高强度、耐用型超/微滤膜材料及膜组器，实现产业化和模块化制备以及水处理工程应用。为我国水污染控制和水再生利用提供高新技术支持。

2）研究内容：

（1）新型超/微滤膜材料及高效率膜组器制备关键技术

研究开发聚偏氟乙烯等低成本、高性能、高强度、耐用型新型超/微滤膜材料制备技术。研究考察不同制膜技术、方法、工艺条件和配料等对膜成型和膜性能的影响，优化并确定最佳制膜方法和工艺技术参数。研究膜组器结构的优化技术、组装技术等，优化膜组器制备工艺技术参数，并实现低能耗、长寿命、防堵塞、易于维护的高效率膜组器的模块化生产。

（2）新型超/微滤膜材料及高效率膜组器的应用研究

开展新型微/超滤膜材料和膜组器在污水处理与回用等工艺中的应用研究，考察新型膜材料和膜组器的稳定运行特性、抗污染性能，解析不同操作条件下膜污染机制，开展物理、化学清洗方法研究，确定最佳清洗方法和技术。开展新型微/超滤膜材料和膜组器的经济性评估。

（3）新型超/微滤膜材料及高效率膜组器的规模化生产与工程示范

研究开发面向工程化应用的新型膜材料与膜组器制备的关键技术，建立新型微/超滤膜材料及高效率膜组器的规模化生产线并进行示范生产。将反应器结构设计、膜组器设置以及自动控制等进行技术的综合集成，建立新型微/超滤膜材料及高效率膜组器在膜生物反应器等污水处理与回用工艺中的工程应用示范，形成新型微/超滤膜组器等的工艺设计工具包。

3）考核指标：

主要考核指标：

（1）开发出3种规格以上低成本、高性能的新型PVDF等微/超滤材料；新型微/超滤膜材料的清水通量>10L/(m2hkPa)（25C条件下），机械强度>5N。

开发出适用于膜生物反应器等工艺的高效率膜组器，成本比国外产品降低20%以上，并形成不同处理规模的系列化产品。

（2）形成新型微滤/超滤膜材料生产能力>50万m2/年。

（3）建立2个新型微/超滤膜材料与膜组器在膜生物反应器等工艺中的工程应用示范，处理规模城市污水>10,000m3/d，工业废水>1000m3/d，并稳定运行1年。

（4）编制工艺设计工具包和新型膜材料和膜组器的应用操作手册。

（5）申请国家发明专利3项以上。

4）课题执行年限：

2009年5月至2012年5月

5）课题经费来源及要求：

本课题国拨专项经费控制额不超过800万元，承担单位落实匹配研究经费不少于800万元（不含生产线和示范工程建设费用）。本课题须由企业牵头、产学研联合组织实施课题。
 
   第二节 国外水处理用膜制品技术工艺研发动态

1、金属膜的研制

国外新研制的金属膜采用不对称结构，以粗金属粉末作支撑材料，以同种合金的细粉末喷涂作有效滤层(厚度小于200μm);其孔径分布集中在1～2μm之间，属微滤(MF)范围;颗粒物难以进入滤膜内部堵塞滤道而滞留在膜表面，形成表面过滤。与传统多孔烧结金属滤材相比，不对称金属膜滤通量高3～4倍，压降较小，反冲洗周期长达6～8个月，且反冲效果较好。

2、UF、MF技术

膜技术作为饮用水处理的一个独立工艺，是水处理领域近l0年来最重要的技术突破。UF、MF技术为其中很重要的一个组成部分。I987年，在美国科罗拉多州的Keystonecolo建成的世界上第一座膜分离净水厂，水量为105m3／d，使用的就是外压式中空纤维聚丙烯MF膜，孔径0.21μm，处理地面水。

目前世界上最大规模的MF膜分离净水厂是位于美国加州SnaJose的Saratoga水厂，水量1.9万m3／d，使用0.2μm孔径的中空纤维膜，1994年2月投产。1988年法国AmoneoUrl市建成了使用醋酸纤维素中空纤维UF膜的膜分离净水厂，处理能力为240m3／d；1989年，荷兰应用UF膜建立净水厂，用以去除浊度并消毒，处理能力为1200m3／d。而日本更是从1992年起，组成“膜应用新型净水系统委员会”，对UF膜和MF膜处理饮用水进行大规模的研究。

3、无机膜

无机膜产业化处于世界前列的是日本和美国，日本近年来大力开发具有超滤性能的多孔陶瓷膜，在某些方面处于世界领先水平。碍子公司是日本最大的陶瓷膜生产厂家，其代表性产品是1988年开发成功的直径为30mrm，19孔，小孔内径为4mm的蜂窝状陶瓷膜；1989年开发成37孔，小孔内径3mrm的产品，每根过滤面积相当于管形膜的3．5—5．3倍；以及三层结构的UF膜，支撑体和中间层为A12O3，，过滤层为Ti02，孔径为5nm一50nn，当孔径为5nm时，截留分子量为2万Daltont。

第三节 近年国内外水处理用膜制品生产技术工艺研发成果回顾

我国超滤膜已经逐渐替代进口膜。中国蓝星、杭州水处理中心、北京时代沃顿、天津膜天膜、海南立升以及山东招金膜天等企业能够生产高性能的超滤膜，并且在国内许多重大工程中成功应用；福建大拇指环保科技采用膜生物反应器实现了工业废水零排放工程；福建威士邦膜科技将膜生物反应器与反渗透工艺结合，对大型印染企业的印染废水二沉池出水进行深度处理，实现了印染废水的循环回用，项目在国内属首创；福州福龙膜科技和福州大学合作，制备变压器在线监测用新型油气分离膜气体采集装置，取代我国电力行业油气分离膜长期依赖进口等。

第四节 未来水处理用膜制品生产国内外技术工艺研发趋势分析

1、超滤膜发展趋势

随着生物工程、食品工业、医药工业及环境保护等方面的应用要求，超滤膜将朝着以下方向发展：

1）耐高温的合成聚合物膜和无机超滤膜的开发和研制，这类膜的主要优点是可用于高压蒸汽消毒，对生物工程及医药工业用是极为重要的。

2）耐污染超滤膜的研制，膜污染是超滤应用中经常遇到的难题，若对不同应用对象，选择不同耐污染的膜，无疑可大大延长膜的使用寿命，增大处理能力，减少清洗时间和次数，从而可节省投资和运行费用，这对超滤技术的扩大应用具有十分重要意义。在生物工程和医药工业中，还可提高有效成分的回收率。

总之，随着人们越来越关注人居环境和饮水安全，可以预测超滤技术将在我国未来市政水处理及饮用水处理市场得到大规模应用。

2、反渗透膜发展趋势

1）超低压膜

由于节省电能消耗和降低相关机械部件的压力等级引起材料费下降等优点，自1996年以来超低压膜的应用比重日益增大，这在以使用4英寸膜为主的小型装置中应用最为突出，随着膜技术的发展，大型装置中应用超低压膜也呈大幅上升趋势。

2）低污染膜

膜污染是反渗透应用中的最大危害，它不仅缩短膜使用寿命、增加运行费用，还直接影响膜系统的高效、连续运行。目前已有几种抗污染性能强、使用寿命长、清洗频度低且易清洗的低污染膜问世。海德能公司的LFC1膜由于具有膜表面呈电中性且亲水性好等特点，成为低污染家族中的佼佼者，也是唯一在国内大型反渗透装置中得到应用的低污染膜。目前已在国内几家大型电厂、汽车厂、电子材料厂、茶叶浓缩厂中成功运行。

3）带正电荷的反渗透膜

现在广泛应用的低压、超低压复合膜的材质均为芳香族聚酰胺，其膜表面均带有负电荷，现已有膜厂家开发出表面带正电荷的低压复合膜，这种膜现主要应用于制备高电阻率的高纯水系统中，在日本，日东电工公司生产的正电荷膜ES10C已在半导体行业的三级反渗透系统中实现10～15兆欧电阻率的高纯水，在韩国的现代电子公司的三个生产厂的合计最终产水800吨/小时的三级反渗透系统的产水电阻率为8～9兆欧。

4）耐高温、食品级、卫生级反渗透膜

普通的水处理用反渗透膜的使用温度均为0～45℃，但在需要耐90℃高温杀菌的特殊场合，可使用耐高温、耐化学药品的反渗透膜。此外，各种有特殊膜元件结构的食品级或卫生级的反渗透膜也开始在国内得到应用。

第五节 水处理用膜制品同类替代技术工艺发展

膜材料作为膜分离技术的核心越来越受到人们的关注。最早的分离膜材料是纤维素及其衍生物，近年来，各种高性能纤维素及高分子有机聚合物膜材料的开发层出不穷，并出现了新型的陶瓷、多孔玻璃、氧化铝等无机膜材料和有机无机膜材料。

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