我國(guó)膜技術(shù)與應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

王家廉

(中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)水污染治理委員會(huì)，北京 100037)

我國(guó)膜技術(shù)與應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

王家廉

(中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)水污染治理委員會(huì)，北京 100037)

論述了我國(guó)的膜技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和膜技術(shù)在廢水回用、有機(jī)物去除及造水等領(lǐng)域的應(yīng)用，介紹了膜技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及膜技術(shù)最新的進(jìn)展。

膜技術(shù);水污染治理;廢水回用;造水

1 我國(guó)膜技術(shù)的發(fā)展概況

近年來(lái)，我國(guó)的膜技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，膜應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，膜材料的研究開(kāi)發(fā)和制造技術(shù)取得了重大進(jìn)展，膜技術(shù)在水污染治理領(lǐng)域的應(yīng)用已日益廣泛，已成為污水處理與污水回用的優(yōu)選技術(shù)。然而，這一切在十幾年前還幾乎是一件不可想象的事情。那時(shí)候，我國(guó)的膜材料、膜組件還基本是依靠進(jìn)口，昂貴的銷售價(jià)格，使膜技術(shù)的應(yīng)用范圍僅僅局限在工業(yè)純水制造和化工、醫(yī)藥、輕工、食品等少數(shù)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的物料分離，業(yè)內(nèi)人士很難想到應(yīng)用這種技術(shù)去處理花費(fèi)不可過(guò)高的污水。

2001-2003年，我國(guó)開(kāi)展了膜技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化行動(dòng)，國(guó)家投入了大量資金支持膜材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，積極鼓勵(lì)膜技術(shù)在環(huán)境保護(hù)及相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用和在環(huán)境污染防治領(lǐng)域建立工程示范，極大地促進(jìn)了我國(guó)膜制造產(chǎn)業(yè)的科技進(jìn)步和膜技術(shù)在水污染治理領(lǐng)域的推廣。

經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，目前我國(guó)的膜制造產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，并涌現(xiàn)出一批膜材料制造骨干企業(yè)，其產(chǎn)品種類涵蓋了反滲透、納濾、超濾和微濾等各類膜材料和卷式膜、簾式膜、管式膜、平板膜等各種膜組件和膜組器。其中，超濾膜和微濾膜在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占有率已過(guò)半。

隨著膜技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)水污染治理領(lǐng)域?qū)δぜ夹g(shù)的需求也越來(lái)越大，預(yù)計(jì)到2010年底，全國(guó)膜裝置的市場(chǎng)需求可望達(dá)到200億元的規(guī)模。膜技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，不僅已廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水和工業(yè)廢水回用的處理，而且更多地應(yīng)用于難生物降解有機(jī)污染物和重金屬污染物的分離處理，并且已成為工業(yè)廢水零排放或低排放的基本手段。同時(shí)，膜生物反應(yīng)器技術(shù)也得到長(zhǎng)足進(jìn)步，兼氧型膜生物反應(yīng)器技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，成為生活污水和工業(yè)廢水處理的可靠方法。

2 膜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 在有機(jī)污染物去除領(lǐng)域的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)廢水排放中有機(jī)污染物的控制越來(lái)越嚴(yán)格，在城市生活污水處理和工業(yè)難處理廢水方面，已越來(lái)越廣泛地采用包括膜生物反應(yīng)器（MBR）、集成膜分離技術(shù)在內(nèi)的膜技術(shù)，尤其是在北方缺水地區(qū)和全國(guó)COD總量控制重點(diǎn)區(qū)域，采用MBR技術(shù)處理城市生活污水，能充分發(fā)揮其活性污泥濃度高、處理效果好、可將廢水資源化、排泥量少的特點(diǎn)；在電鍍、印染、皮革、釀造、焦化等難處理工業(yè)廢水領(lǐng)域采用MBR與集成膜分離技術(shù)，已成為行業(yè)的發(fā)展方向。

2.2 在污廢水回用領(lǐng)域的應(yīng)用

“十一五”期間，在國(guó)家大力提倡節(jié)能減排的形勢(shì)下，我國(guó)各地的城鎮(zhèn)污水回用產(chǎn)業(yè)得到很大發(fā)展，回用規(guī)模較上一個(gè)五年計(jì)劃約翻了一番，回用范圍主要是用于市政園林綠化和河湖景觀改善。目前，市政污水回用處理比較盛行“雙膜法”工藝，即將兩種不同的膜裝置組合在一起，形成回用水處理工藝流程。根據(jù)回用領(lǐng)域的不同，膜的種類可以是微濾、超濾和反滲透的組合。

工業(yè)廢水領(lǐng)域的回用，采用膜技術(shù)的目的較為多樣化，或是為了廢水的循環(huán)利用，或是為了零排放的環(huán)境壓力，或是為了治理某種難處理廢水的污染。

“十一五”期間，我國(guó)電力行業(yè)、冶金行業(yè)、化工行業(yè)、石油化工行業(yè)都在普遍推行廢水再利用和循環(huán)冷卻水的回用，以提高工業(yè)用水的重復(fù)利用率，減少?gòu)U水排放量。由于工業(yè)節(jié)水可以給企業(yè)帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益，因此企業(yè)比較愿意開(kāi)展廢水再利用。

2.3 在廢水零排放領(lǐng)域的應(yīng)用

“十一五”期間，國(guó)家加大了對(duì)環(huán)境污染排放的控制力度，企業(yè)增加了排放控制的壓力。許多高耗水、高污染、高排放的新建項(xiàng)目，被要求廢水不得外排，迫使企業(yè)采取廢水回用措施以滿足零排放的要求。

對(duì)于一些已有的屬于高污染的“老大難”企業(yè)，政府也實(shí)行了禁止外排廢水的零排放政策。尤其是排放高含鹽、高氨氮污染物、高濃度難生物降解有機(jī)廢水和高濃度重金屬?gòu)U水的污染企業(yè)，在常規(guī)處理方法難以做到有效去除的情況下，往往需要借助膜技術(shù)解決其處理難題。

發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和資源化綜合利用、減少工業(yè)廢水污染負(fù)荷，通常也要依靠膜技術(shù)的支持。膜的分離效能為資源化綜合利用的物料分離提供了很好的解決路徑，不管是固形物的回收，還是液體的濃縮回收，膜技術(shù)都可以發(fā)揮不可替代的作用。具有獨(dú)特功能的新型膜材料的開(kāi)發(fā)，為這一領(lǐng)域的廢水回用和資源化綜合利用展開(kāi)了廣闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展空間。

2.4 在造水領(lǐng)域的應(yīng)用

我國(guó)有50%以上的江河斷面不能達(dá)到應(yīng)有的水體功能，處于Ⅳ類、Ⅴ類和劣Ⅴ類水體的污染狀態(tài)；全國(guó)70%的湖泊、水庫(kù)處于不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，有3億城鎮(zhèn)居民的飲用水源受到污染，居民飲水處于不安全狀態(tài)。由于水污染嚴(yán)重，也由于受到嚴(yán)重缺水的困擾，近幾年城鄉(xiāng)瓶裝飲用水的市場(chǎng)需求急劇上升，海水淡化事業(yè)有了長(zhǎng)足進(jìn)展，在環(huán)渤海和東南沿海地區(qū)修建了一批海水淡化廠，海水淡化的裝機(jī)規(guī)模逐年擴(kuò)大。在這樣的市場(chǎng)背景下，我國(guó)造水產(chǎn)業(yè)對(duì)膜技術(shù)和膜裝置的市場(chǎng)需求也連年增長(zhǎng)。

3 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 膜性能的改善方向

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)膜技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)需要進(jìn)一步提高或改善膜的性能，以利于膜技術(shù)擴(kuò)大推廣應(yīng)用。改善膜性能的技術(shù)方向是：

（1）能夠抗污染，包括微生物垢和石油類污染物等對(duì)膜造成的污染；

（2）能夠抗堵塞，包括微生物、油和固體粒子等對(duì)膜形成的孔徑堵塞；

（3）無(wú)需苛刻的預(yù)處理，縮短流程，簡(jiǎn)化操作，降低建設(shè)投資，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用；

（4）具有較高的通量，提高產(chǎn)水率，減少污染物排放量或再處理量；

（5）具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能夠耐受高壓、反復(fù)清洗、生物膜等重物的拉伸；

（6）具有較好的有效孔徑分布率、較好的分離性能和穩(wěn)定的理化性質(zhì)，耗能低，壽命長(zhǎng)。

3.2 膜材料和膜制造工藝的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前，我國(guó)雖然可以生產(chǎn)微濾、超濾、納濾和反滲透等不同類別的膜材料，但由于用于制膜的材料種類有限，因而急需科技創(chuàng)新，提高制造技術(shù)，開(kāi)發(fā)制膜新工藝和新方法，開(kāi)發(fā)新型制膜材料，提高材料本身的理化性質(zhì)，重點(diǎn)發(fā)展高性能化學(xué)纖維、超濾級(jí)的有機(jī)物燒結(jié)膜、納濾級(jí)陶瓷膜、納濾級(jí)石英膜、納濾級(jí)不銹鋼膜和鈦金屬膜、抗油污疏水膜等性能更好的膜材料。

3.3 膜應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

膜技術(shù)在污水處理、工業(yè)廢水處理和資源化綜合利用的應(yīng)用范圍今后將得到進(jìn)一步擴(kuò)展，成為廢水回用和難降解有機(jī)污染物分離回收，以及實(shí)現(xiàn)廢水零排放的基本手段。除了去除固體粒子和鹽類物質(zhì)以外，污染物去除技術(shù)的主要發(fā)展方向是：

（1）采用微濾膜除鹽并去除各類重金屬污染物；

（2）采用超濾膜分離大分子有機(jī)物和高分子有機(jī)物；

（3）采用納濾膜，以液液分離形式，進(jìn)行油水分離、去除石油類污染物；

（4）采用耐高溫（90℃以上）膜材料，開(kāi)展熱水的除固體粒子、除鹽和熱能回收；

（5）開(kāi)發(fā)反滲透以外的除鹽新技術(shù)，發(fā)展電解膜、電極膜、電離子交換膜等新材料；

（6）發(fā)展耐受高濃度（濃度在25%以上）酸堿的有機(jī)膜，進(jìn)行廢酸液和廢堿液的回收、處理；

（7）發(fā)展無(wú)需梯度過(guò)濾預(yù)處理的適宜去除高濃度懸浮固體、膠體廢水的膜材料；

（8）發(fā)展適宜處理高濃度含鹽廢水的膜材料。

4 膜技術(shù)的最新進(jìn)展

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的環(huán)保企業(yè)都加大了技術(shù)開(kāi)發(fā)的步伐，圍繞膜材料性能的不足，進(jìn)行了一些具有國(guó)際先進(jìn)水平的科技創(chuàng)新，也取得了一批高技術(shù)水平的科技成果，并直接進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化和批量生產(chǎn)階段。其中部分科技成果如下：

（1）杭州某公司采用聚苯乙烯（PE）纖維和聚偏氟乙烯（PVDF）纖維制成的復(fù)合膜，具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，制成的膜絲用力拉扯可以保持不斷。此種膜材料既有良好的抗污染性能，又彌補(bǔ)了聚偏氟乙烯強(qiáng)度較低的缺陷。

（2）采用聚砜和聚酰胺制成的復(fù)合膜，可以耐受高濃度（濃度≥25%）的堿溶液，為我國(guó)開(kāi)展廢堿液的回收和再利用提供了先進(jìn)技術(shù)，這對(duì)于許多工業(yè)行業(yè)的廢堿液處理是一種好方法，較蒸發(fā)濃縮法可節(jié)約大量能源。

（3）中科院某研究所和北京某公司合作，研究開(kāi)發(fā)了納米級(jí)石英砂燒結(jié)膜。

（4）中科院生態(tài)研究中心和江蘇金山環(huán)保公司合作生產(chǎn)的疏水特種膜，可望為含油污水的油水分離處理提供一種先進(jìn)技術(shù)和可行手段。

（5）清華大學(xué)與江蘇藍(lán)天沛爾環(huán)保公司合作生產(chǎn)的平板膜膜組件，填補(bǔ)了我國(guó)膜工業(yè)的一項(xiàng)空白。

（6）美國(guó)Duraflou公司開(kāi)發(fā)的高通量聚偏氟乙烯微濾膜，可以無(wú)需多級(jí)過(guò)濾預(yù)處理，直接處理高濃度懸浮物廢水和重金屬?gòu)U水。

（7）美國(guó)某公司生產(chǎn)的不銹鋼、二氧化鈦復(fù)合燒結(jié)納米膜膜組件，具有優(yōu)良的理化性能，耐高壓、耐腐蝕、耐高溫，抗污染、抗堵塞，性能卓越，可廣泛應(yīng)用于難生物降解有機(jī)工業(yè)廢水的污染物分離處理和有機(jī)物資源化綜合利用。

（8）美國(guó)Sping公司開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的SPING2000有機(jī)物燒結(jié)固體超濾膜，具有良好的污染物去除和超級(jí)技術(shù)性能。

（9）美國(guó)Weishi 膜技術(shù)公司生產(chǎn)的有機(jī)振動(dòng)膜，可用于廢油的回收。

以上事例表明，當(dāng)今世界的膜技術(shù)創(chuàng)新主要致力于膜性能的提高和改善。我國(guó)膜研發(fā)和膜制造產(chǎn)業(yè)的科技創(chuàng)新能力目前已經(jīng)居于世界膜技術(shù)科技發(fā)展的前沿。

Status and Development Trend on Membrane Technology and Its Application in China

WANG Jia-lian
(Prevention and Control Committee of Water Pollution, CAEPI, Beijing 100037, China)

The paper discusses upon the development status of membrane technology and the applications on reuse of wastewater, the removal of organic matters as well as water-making of membrane technology, introduces the development trend on membrane technology and new progress of membrane technology.

membrane technology; prevention and control of water pollution; reuse of wastewater; water-making

X703

A

1006-5377（2010）09-0016-03