高分子分離膜在水處理技術(shù)中的應(yīng)用

1、高分子分離膜在水處理技術(shù)中的應(yīng)用以高分子分離膜為代表的膜分離技術(shù)作為一種新型、高效流體分離單元操作技術(shù)，三十年來取得了令 人炯h的e速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的算個領(lǐng)域。本報(bào)告將介紹兒種主要的液體分離膜的應(yīng)用現(xiàn)狀、 最新進(jìn)展和發(fā)展趨勢。1. 反滲透膜的應(yīng)用現(xiàn)狀在各種膜分離技術(shù)中，反滲透技術(shù)是近年來國內(nèi)應(yīng)用最成功、發(fā)展最快、普及最廣的一種，估計(jì)自1995 年以來，反滲透膜的使用量每年平均遞增20%,根據(jù)保守的統(tǒng)計(jì)，1999年工業(yè)反滲透膜元件的市場供應(yīng)量 為8英寸膜一萬六千支，4英寸膜二萬六千支。2000年的市場更為強(qiáng)勁，據(jù)國內(nèi)近300家水處理工程公司 的不完全統(tǒng)計(jì)，今年一季度，國內(nèi)合同簽約的反

2、滲透工程日產(chǎn)水量已達(dá)到12萬噸。預(yù)計(jì)全年膜用量會比去 年有較大幅度的提高。估計(jì)反滲透技術(shù)的應(yīng)用已帶動水處理行業(yè)全年十億人民幣以上的產(chǎn)值。國內(nèi)反滲透膜工業(yè)應(yīng)用的最人領(lǐng)域仍為人型鍋爐補(bǔ)給水，各種工業(yè)純水、飲用水的市場規(guī)模次之，電 子、半導(dǎo)體、制藥、i矢療、食品、飲料、酒類、化工、壞保、冶金、紡織等行業(yè)的膜應(yīng)用也都形成了一定 規(guī)模。今后有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域有發(fā)電廠冷卻循環(huán)水的排污水處理、大型海水淡化、苦咸水淡化、大型市政 及工業(yè)廢水處理等。2. 反滲透膜最新進(jìn)展及發(fā)展趨勢2.1超低壓膜由于節(jié)省電能消耗和降低和關(guān)機(jī)械部件的壓力等級引起材料費(fèi)f降等優(yōu)點(diǎn)，自1996年以來超低壓膜的 應(yīng)用比重日益增大，這在以使

3、用4英寸膜為主的小型裝置中應(yīng)用最為突岀，以h前國內(nèi)故大反滲透膜供應(yīng) 商美國海徳能公司為例，近兩年售出的4英寸膜的80%為超低壓膜，大型裝置屮應(yīng)用超低壓膜也呈大幅上 升趨勢，目前國內(nèi)使用超低壓膜的最大裝置的產(chǎn)水量為650噸/小時。2.2低污染膜膜污染是反滲透應(yīng)用中的最大危害，它不僅縮短膜使用壽命、增加運(yùn)行費(fèi)用，還直接影響膜系統(tǒng)的高 效、連續(xù)運(yùn)行。h前已有兒種抗污染性能強(qiáng)、使用壽命長、清洗頻度低且易清洗的低污染膜問世。海徳能 公司的lfc1膜由于具冇膜表面呈電中性且親水性好等特點(diǎn)，成為低污染家族中的佼佼者，也是唯一在國 內(nèi)大型反滲透裝胃.中得到應(yīng)用的低污染膜。目前己在國內(nèi)幾家大型電廠、汽車廠、電子

4、材料廠、茶葉濃縮 廠中成功運(yùn)行。2.3帶正電荷的反滲透膜現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的低壓、超低壓復(fù)合膜的材質(zhì)均為芳香族聚酰胺，其膜表面均帶有負(fù)電荷，現(xiàn)已有膜廠 家開發(fā)出表面帶正電荷的低壓復(fù)合膜，這種膜現(xiàn)主要應(yīng)用于制備高電阻率的高純水系統(tǒng)中，在日本，日東 電工公司生產(chǎn)的正電荷膜es10c已在半導(dǎo)體行業(yè)的三級反滲透系統(tǒng)屮實(shí)現(xiàn)1015兆歐電阻率的高純水， 在韓國的現(xiàn)代電子公司的三個生產(chǎn)廠的合計(jì)最終產(chǎn)水800噸/小時的三級反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水電阻率為89 兆歐。在國內(nèi)上海某半導(dǎo)體廠的170噸/小時的三級反滲透系統(tǒng)也達(dá)到上述指標(biāo)。另外在國內(nèi)一些制藥廠的520噸/小時規(guī)模的兩級反滲透系統(tǒng)中也實(shí)現(xiàn)了反滲透產(chǎn)水電阻率為14兆歐

5、。2000年國內(nèi)制藥行業(yè)將 投產(chǎn)20套這樣的反滲透系統(tǒng)。2.4耐高溫、食品級、衛(wèi)生級反滲透膜普通的水處理用反滲透膜的使用溫度均為045°c,但在需耍耐90°c高溫殺菌的特殊場合，可使用耐 高溫、耐化學(xué)藥品的反滲透膜。此外，各種有特殊膜元件結(jié)構(gòu)的食品級或衛(wèi)生級的反滲透膜也開始在國內(nèi) 得到應(yīng)用。3. 海水淡化膜應(yīng)用現(xiàn)狀及最新進(jìn)展國外己有多套日產(chǎn)水量為10萬噸級以上的反滲透海水淡化裝置，目前正在運(yùn)行的人型卷式膜海水淡化 裝置的單機(jī)能力多為日產(chǎn)水量6000噸。國內(nèi)h前己建成和正在建設(shè)的反滲透海水淡化裝置的規(guī)模為日產(chǎn)水 量3502500噸，國外單段反滲透海水淡化的水利用率最高45%,

6、國內(nèi)目前多為35%,另國內(nèi)漁船上裝載 的反滲透海水淡化機(jī)多用直徑2.5英寸的小型膜元件。目前國內(nèi)冇批量生產(chǎn)海水淡化裝置經(jīng)驗(yàn)的公司不超 過10家，正在河北建設(shè)的h產(chǎn)水彊18000噸的“亞海水”脫鹽裝置是國內(nèi)最大的使用海水淡化膜的反滲透 裝置。今后國內(nèi)海水淡化膜的應(yīng)用將進(jìn)入一個新時期，不久的將來，我國也會建設(shè)日產(chǎn)水萬噸級的海水淡 化裝置，此外國內(nèi)已開始商業(yè)生產(chǎn)海水淡化反滲透膜元件。日本的三家膜公詞已開發(fā)出可耐9.0mpa以上壓力的海水淡化膜，使用此種膜，日本的水處理工程公司 已在西班牙建造了水回收率高達(dá)60%的兩段反滲透海水淡化裝置。目前在日本福岡，已開始建設(shè)日產(chǎn)水五 萬八千噸的高回收率反滲透海水

7、淡化裝置。美國海徳能公司已開始在大型飲用水項(xiàng)h上，提供對硼離子有 高脫除率的海水淡化膜。4. 納濾膜及其應(yīng)用納濾膜的研制與應(yīng)用較反滲透膜大約晚二十年，但近十年來納濾膜的研究與開發(fā)十分活躍，我國大約 五年前開始形成研究及應(yīng)用熱潮。到目前為止，對納濾膜的機(jī)理、特征等的認(rèn)識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不充分，學(xué)術(shù)界比 較統(tǒng)一的解釋為：納濾膜介于反滲透和超濾膜之間，其膜衣面分離皮層可能具冇納米級微孔結(jié)構(gòu)。相對于 反滲透膜nacl的脫除率均在95%以上，-般將nacl脫除率為90%以下的膜均可稱z為納濾膜，反滲透膜 兒乎對所有溶質(zhì)都有很高的脫除率，而納濾膜只對特定的溶質(zhì)具有脫除率。納濾膜主要去除一個納米左右 的溶質(zhì)粒子，截留

8、分了量一般為1002000。與反滲透膜兒乎均為聚酰胺材質(zhì)不同，納濾膜的材質(zhì)范鬧則 較為廣泛，冇些納濾膜的表面形成高聚物電解質(zhì)因而常常冇較強(qiáng)的電荷性c如著名的納濾膜ntr-7400系 列，其材質(zhì)為磺化聚硯，膜表面帶有較強(qiáng)的負(fù)電性。在國外，納濾膜最大應(yīng)用市場的飲用水領(lǐng)域，主要用于脫除三鹵甲烷屮間體(thm)、異味、色度、農(nóng) 藥、合成洗滌劑、可溶有機(jī)物、ca> mg等硬度成分等等。目前國外城市飲用水己有日產(chǎn)水十萬噸級的大 型裝置。但國內(nèi)目前還只有日產(chǎn)水?dāng)?shù)百噸級的實(shí)驗(yàn)型裝置，相信今后在國內(nèi)此領(lǐng)域會逐步有較人突破。目 前在飲用水領(lǐng)域還主要使用與反滲透膜材質(zhì)和同的聚酰胺納濾膜。影響納濾膜在飲用水領(lǐng)域

9、大戢使用的限 制因素中，有應(yīng)用技術(shù)不足的因素，也有人們認(rèn)識不足的因素。目前國內(nèi)有些生產(chǎn)"優(yōu)質(zhì)飲用水”的系統(tǒng) 是使用反滲透和超濾產(chǎn)品水的勾兌混合水。納濾膜另一個很冇前途的應(yīng)用領(lǐng)域是環(huán)保和廢水處理。這方面 國內(nèi)做的還很不夠，一方面熟悉傳統(tǒng)廢水處理的企業(yè)不熟悉膜技術(shù)，另一方-血，搞慣了膜法純水處理的企 業(yè)不愿童下大氣力將膜分離技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用到復(fù)雜的廢水處理領(lǐng)域。納濾膜應(yīng)用開發(fā)較為熱門的一個領(lǐng)域是各種醫(yī)藥、生化、食品、化工物料水溶液的分離、精制或濃縮 過程。這方面已有不少成功的實(shí)例，可惜由于許多企業(yè)出于商業(yè)保密的原因，常常不容易及時推廣普及。5. 超濾膜及若干新進(jìn)展超濾是應(yīng)用最為廣泛的膜技術(shù)

10、之一，也是我國國產(chǎn)化率最高的膜品種。但因產(chǎn)品還程度不同地存在著 品種少、質(zhì)量不高的問題，影響了大而積的推廣和普及。此外，國內(nèi)生產(chǎn)廠過小、過多、千孔一面，簡單 仿制還較嚴(yán)重，缺乏產(chǎn)量大、冇開發(fā)生產(chǎn)實(shí)力的大企業(yè)。相信這一局面會在不久的將來會冇所改觀。目前超濾的發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn)：5組件大型化、高效化，6英寸以上高通量大組件、集束化、設(shè)備化的超濾器己經(jīng)出現(xiàn)。5.2大膜孔徑、粗中空絲的超微濾膜化。例如美國海徳能公司的hydracap超濾膜組件，這種膜組件除 單獨(dú)使用外，還越來越多地應(yīng)用到反滲透的預(yù)處理過程中，構(gòu)成所謂集成膜處理系統(tǒng)(ims)o用超濾或超微 濾膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砂濾、活性碳、微濾是今后的一個新趨勢。5.3卷式超濾冇新發(fā)展。如h本h東電工兩年前推出的rs系列卷式超濾膜，該膜截留分子戢為75萬, 使