反滲透海水淡化膜分離技術(shù)研究

廖琦琛　毛　加　孫歡挺（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

反滲透海水淡化膜分離技術(shù)研究

廖琦琛毛加孫歡挺
（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

海水淡化膜分離技術(shù)作為一項高新技術(shù)，已成為新世紀(jì)解決水資源、能源和環(huán)境等領(lǐng)域重大問題的共性技術(shù)之一。本文通過對海水淡化膜分離技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀進行研究，找準(zhǔn)技術(shù)核心，為我國未來反滲透膜的技術(shù)研究指明方向。

海水淡化；膜分離技術(shù)；研究

在我國持續(xù)加快發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的今天，海水淡化膜產(chǎn)品的開發(fā)已取得長足進步。先后開發(fā)出面向水處理和工業(yè)分離應(yīng)用的超濾﹑納濾和反滲透等多種膜產(chǎn)品，尤其是超濾膜產(chǎn)品已接近國際先進水平。但在反滲透與納濾膜方面，自主化的膜產(chǎn)品性能﹑種類和應(yīng)用覆蓋面等與發(fā)達國家相比還有較大差距，需不斷進行自主科技創(chuàng)新。

一﹑反滲透膜發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

（一）膜材料

從20世紀(jì)60年代初至今，反滲透膜材料從最初的醋酸纖維素膜研究到現(xiàn)已占市場份額超90%的非對稱聚酰胺復(fù)合膜，技術(shù)發(fā)展迅速。從80年代開始，陶氏公司將FT-30膜進行產(chǎn)業(yè)化后，商品化的海水淡化膜在5.5MPa壓力下，脫鹽率由早期的99.1%提高到現(xiàn)在的99.75%，標(biāo)準(zhǔn)8040型膜元件的產(chǎn)水量也由早期的19m3/d提高到現(xiàn)今的34m3/d。

（二）研究方法

1969-1985年，為尋找合適膜材料和成膜過程的研究。為了尋找合適的材料，這一階段進行了大量的試驗，通過產(chǎn)水量和脫鹽率兩大指標(biāo)的測試來表征膜性能。1985年后，為提高膜分離性和耐污染性進行的結(jié)構(gòu)控制研究。先進的分析技術(shù)介入到復(fù)合膜研究領(lǐng)域，通過反應(yīng)物的擴散系數(shù)﹑反應(yīng)時間﹑溶劑的溶解能力等指標(biāo)測試，來獲得不同分離性能的膜產(chǎn)品并予以應(yīng)用。

（三）產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平

1980-2000年，界面聚合技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，這一時期的代表產(chǎn)品是FT-30。海水淡化膜的脫鹽性能在5.5MPa壓力下由原來的99.1%提高到99.5%。納濾膜產(chǎn)品包括了NF40和NF70兩種，都是采用哌嗪和均苯三甲酰氯反應(yīng)生產(chǎn)的聚哌嗪酰胺材料。2000年至今，以DOW公司為代表的制造商，將涂布技術(shù)和自動化生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用到膜與膜元件的生產(chǎn)過程中，并改進了過程控制，使海水淡化膜產(chǎn)品的脫鹽性能達到99.75%以上。

（四）復(fù)合膜發(fā)展趨勢

越來越多的研究者相信，因納米材料具有獨一無二的孔結(jié)構(gòu)及窄的孔徑分布，納米技術(shù)將對反滲透膜的發(fā)展產(chǎn)生革命性影響。目前研究最多的納米材料主要有沸石分子篩﹑碳納米管﹑二氧化鈦﹑二氧化硅﹑納米銀等。例如：型沸石（NaA）改性聚酰胺復(fù)合膜是熱門研究方向，目前只有它被用作反滲透復(fù)合膜共混改性并取得了很好的效果。最近研究表明：碳納米管由于孔壁光滑﹑具有高疏水性，可以快速傳遞水分子，因此可用于研發(fā)新型的高通量反滲透膜。

國外大量研究結(jié)果也表明，納米顆粒的引入可以降低膜表面粗糙度，同時將材料的親水性﹑荷電性以及殺菌性引入，從而提高膜的綜合性能。此外，也可同時引入多種納米顆粒材料來改善復(fù)合膜的分離性能。目前納米材料改性聚酰胺復(fù)合膜仍處于實驗研發(fā)階段，但因其巨大潛力已得到諸多關(guān)注。

二﹑國內(nèi)外海水淡化膜技術(shù)存在的差距

（一）產(chǎn)品性能

脫鹽率：國外海水淡化膜產(chǎn)品的脫鹽率最高達到99.75%，而國內(nèi)基本在99.6%。產(chǎn)水量：國外海水淡化膜產(chǎn)品單支8040型元件的產(chǎn)水量達到34m3/d，而國內(nèi)基本在26-28m3/d。分辨率：國外納濾膜產(chǎn)品對氯化鈉和硫酸鈉的脫除率差距大于50%，而國內(nèi)產(chǎn)品差距在30%左右，相對較差。

（二）膜材料

我國膜與膜材料的研發(fā)基本是仿制國外產(chǎn)品，膜與膜材料性能偏低﹑品種少，目前基本還是單一的聚酰胺材料，產(chǎn)品開發(fā)和制備缺乏先進技術(shù)理論的支持。高性能膜與膜材料依然依賴進口。國外海水淡化膜元件以聚酰胺材料為主，包含了其他聚酰胺類以及有機-無機共混材料。

（三）研究方式

國外已經(jīng)進入到為實現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)品進行材料改性和工藝改進的靶向式研究。國內(nèi)依然處于性能評價式的研究，尚未建立膜分離性能與膜形態(tài)的關(guān)聯(lián)。

（四）生產(chǎn)設(shè)備

國外膜制造中的聚砜涂布和有機相涂布均采用預(yù)定量的涂布技術(shù)；膜元件卷制工藝也完全實現(xiàn)了自動化，降低了人為因素的影響。國內(nèi)屬于反滲透膜制備的第一代設(shè)備，聚砜涂布采用刮刀式涂布﹑有機相采用單面浸涂的方式，元件卷制也是以手工為主，干擾因素較多。

三﹑國內(nèi)海水淡化膜的發(fā)展及現(xiàn)狀

國內(nèi)海水淡化膜的研究是從醋酸纖維素膜材料開始，后發(fā)展為聚酰胺復(fù)合膜。2000年，我國建立了兩條復(fù)合膜生產(chǎn)線，開始元件產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，制備出高性能的苦咸水﹑低壓膜元件，并逐漸替代同類進口產(chǎn)品。同時，對反滲透海水淡化膜元件的產(chǎn)業(yè)化研究也正式開始。

“十一五”期間，杭州水處理技術(shù)研發(fā)中心研發(fā)出脫鹽率達99.6%﹑產(chǎn)水量為28t/d的海水淡化膜元件，并在舟山六橫建立了國內(nèi)首個單機萬噸級的國產(chǎn)膜應(yīng)用示范工程，邁出了國產(chǎn)海水淡化膜在大型系統(tǒng)上應(yīng)用的第一步。

四﹑海水淡化反滲透膜技術(shù)展望

在某種程度上，反滲透海水淡化技術(shù)基本上可代表一個國家膜技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展水平。反滲透海水淡化技術(shù)包含著很多膜應(yīng)用的共性技術(shù)和基礎(chǔ)性技術(shù)，其產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度大。通過對海水淡化中所需的反滲透膜元件和納濾膜元件的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，其成果也可廣泛應(yīng)用于地表水凈化處理﹑特種分離﹑廢水處理﹑城市中水或污水再生回用等領(lǐng)域，影響范圍遠(yuǎn)比海水淡化要廣闊得多，市場需求量也更大。

反滲透海水淡化膜的發(fā)展方向是高水通量﹑高脫鹽﹑脫硼率和低能耗，復(fù)合膜具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，是未來反滲透膜的研究熱點和重點發(fā)展方向。經(jīng)過10多年的技術(shù)消化﹑吸收和再創(chuàng)新，我國目前已培養(yǎng)了一批具有實際生產(chǎn)經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人員，為我國膜材料的后續(xù)發(fā)展積累了寶貴經(jīng)驗。相信未來的技術(shù)實踐過程中，我國會逐步吸納國內(nèi)外先進生產(chǎn)經(jīng)驗，在海水淡化膜技術(shù)研發(fā)中打造出屬于自己的科技領(lǐng)域。

[1]崔迎，顧玲，吳國旭．正向滲透膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究進展[J]．中國給水排水，2010（14） ．

[2]劉仁慶，孫偉，劉曉鵬． 膜分離技術(shù)在工業(yè)水處理中的應(yīng)用[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010（03）．

[3]譚永文，譚斌，王琪．中國海水淡化工程進展[J]．水處理技術(shù)，2007（01）．

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