水處理膜技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

尚光旭，劉 媛，柴蔚舒

（中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會，北京 100037）

水處理膜技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

尚光旭，劉 媛，柴蔚舒

（中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會，北京 100037）

論述了國內(nèi)外水處理膜技術(shù)發(fā)展概況及國內(nèi)水處理膜技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了水處理膜技術(shù)應(yīng)用中存在的問題，提出了水處理膜技術(shù)發(fā)展的趨勢，膜技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展主要包括膜性能的提高、膜材質(zhì)和制造工藝的發(fā)展及膜應(yīng)用技術(shù)的提高。

水處理；膜技術(shù)；發(fā)展趨勢

目前，城鎮(zhèn)生活污水和工業(yè)廢水處理是我國水污染控制的重中之重，隨著國家標準對污（廢）水深度處理和資源化利用要求的日益提高，水處理膜技術(shù)的應(yīng)用在污（廢）水處理工程中將占據(jù)越來越重要的地位，絕大多數(shù)膜材料均應(yīng)用于水處理，其未來的發(fā)展也將備受關(guān)注。當前，我國已是水處理膜技術(shù)應(yīng)用最廣泛的國家之一，膜技術(shù)在我國水處理行業(yè)的市場前景廣闊。

1 水處理膜技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外水處理膜技術(shù)發(fā)展概況

發(fā)達國家的膜技術(shù)發(fā)展應(yīng)用較我國早，已建立了覆蓋各主要膜工藝產(chǎn)品的體系，膜產(chǎn)品和技術(shù)應(yīng)用的成熟度也較高，同時，仍在緊跟市場需求不斷開發(fā)應(yīng)用一些新型膜材料和膜產(chǎn)品，進一步拓展市場份額。國外一些膜技術(shù)產(chǎn)品知名企業(yè)的情況基本可以反映國外水處理膜技術(shù)的發(fā)展概況，在中國市場容量龐大、需求強勁的背景下，這些企業(yè)大多早已布局并進入中國水處理市場，憑借其產(chǎn)品的先發(fā)優(yōu)勢及良好品質(zhì)在我國水處理市場已占據(jù)了優(yōu)勢。

美國科氏公司（KOCH）發(fā)明了卷式超濾膜、中空纖維膜、納濾膜和卷式反滲透膜等產(chǎn)品，目前已建立起全球范圍內(nèi)最完善的膜產(chǎn)品鏈，擁有各種類別和精度的膜產(chǎn)品。美國陶氏化學(xué)公司（DOW）發(fā)明了復(fù)合膜，并始終保持著復(fù)合膜技術(shù)世界領(lǐng)先的地位，其產(chǎn)品主打超濾膜和反滲透膜，反滲透膜性能優(yōu)越，具有高脫鹽率、高抗氧化性、低壓力、低能耗和使用壽命長等優(yōu)點，目前占據(jù)了全球50%以上的市場份額。美國海德能公司（HYDRANAUTICS）是世界上產(chǎn)品規(guī)格最多、生產(chǎn)規(guī)模最大、取得專利最多的卷式反滲透膜元件生產(chǎn)商，其在純凈水處理領(lǐng)域的日處理規(guī)模已超過19億噸。美國通用公司（GE）也擁有系列成熟的膜產(chǎn)品和技術(shù)，覆蓋微濾、超濾、納濾和反滲透領(lǐng)域，尤其是其液體零排放技術(shù)占據(jù)了全球近90%的市場。日本東麗集團擁有先進的反滲透膜和超濾膜產(chǎn)品，其生產(chǎn)的中空纖維超濾膜產(chǎn)品不僅能保證高品質(zhì)的出水，而且在抗污染和抗堵塞方面表現(xiàn)良好。近年來，日本東麗集團與中國藍星集團合資開發(fā)了寬流道低壓、抗污染反滲透膜元件新產(chǎn)品，產(chǎn)品性能卓越。日本旭化成化學(xué)公司也擁有先進的中空纖維膜技術(shù)產(chǎn)品。此外，荷蘭IMT創(chuàng)新膜技術(shù)公司的新型七孔超濾膜技術(shù)、奧地利瓦巴格公司的膜生物反應(yīng)器技術(shù)和反滲透膜技術(shù)、三菱麗陽的聚乙烯中空纖維膜技術(shù)等都表現(xiàn)良好，均已在水處理工程中得到廣泛應(yīng)用。

1.2 國內(nèi)水處理膜技術(shù)發(fā)展概況

近十幾年來，國內(nèi)水處理膜技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展也很迅速，目前也已形成了一批擁有先進膜技術(shù)產(chǎn)品的企業(yè)，并且各有特色，主打產(chǎn)品呈明顯差異化競爭局面。如北京賽諾膜技術(shù)有限公司及杭州潔弗膜技術(shù)有限公司的中空纖維膜、上海斯納普膜分離科技有限公司用于膜生物反應(yīng)器的平板膜、山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院有限公司的膜生物反應(yīng)器中空平板式陶瓷膜、上海佳尼特膜科技有限公司的反滲透膜、北京時代沃頓科技有限公司的復(fù)合反滲透膜等代表了國內(nèi)膜技術(shù)發(fā)展的最高水平。

與此同時，我國在膜制備技術(shù)方面也取得了突破，首創(chuàng)的PVC合金中空纖維膜技術(shù)填補了國際空白。國內(nèi)企業(yè)還攻克了熱致相分離法制備聚偏氟乙烯中空纖維膜工藝，突破了國外的技術(shù)封鎖。我國的反滲透膜制備技術(shù)已達到世界先進水平，反滲透膜脫鹽率達99.7%，國內(nèi)市場占有率也達12%。但相較國外高端反滲透膜產(chǎn)品仍存在差距，核心在于膜制造工藝水平的差距。時代沃頓自主研發(fā)的抗氧化膜與抗污染膜攻克了長期以來反滲透膜有機和生物污染的難題，促進了反滲透膜在藥物提純、無菌飲用水等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。我國也已有部分超濾膜產(chǎn)品性能達到國際先進水平，可替代進口膜，國內(nèi)多家企業(yè)如中國藍星集團、北京時代沃頓科技有限公司、天津膜天膜科技股份有限公司等，都已能夠生產(chǎn)高性能超濾膜，這類超濾膜已成功應(yīng)用于許多國內(nèi)項目。此外，山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院有限公司研發(fā)生產(chǎn)的膜生物反應(yīng)器中空平板式陶瓷膜抗污染性好、易于清洗再生、使用壽命長、化學(xué)穩(wěn)定性好、機械強度高，可有效解決現(xiàn)有中空纖維膜、有機平板膜在工程應(yīng)用中存在的使用壽命短、易受酸堿腐蝕等問題。

隨著膜技術(shù)的逐步發(fā)展成熟和水污染治理不斷提標升級，國內(nèi)水處理行業(yè)對膜技術(shù)的需求將越來越大。預(yù)計“十三五”期間，膜技術(shù)的應(yīng)用范圍將會越來越廣，不僅應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水和工業(yè)廢水回用處理，而且會更多地應(yīng)用于難生物降解有機污染物和重金屬污染物的分離處理，膜技術(shù)將成為工業(yè)廢水“零”排放或低排放的基本手段，預(yù)計國內(nèi)采用膜技術(shù)的水處理工程將以每年20%的速度快速增長。

2 國內(nèi)水處理膜技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

膜技術(shù)在水處理行業(yè)中主要應(yīng)用于生活污水和各類工業(yè)廢水的處理、回用、資源回收以及工業(yè)生產(chǎn)所需的軟化水、純水、超純水的制備，如市政污水處理及回用、紡織染整工業(yè)廢水處理及回用、電鍍廢水“零”排放、海水淡化等。國內(nèi)應(yīng)用于水處理的膜技術(shù)主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透等工藝，以及這幾種技術(shù)的組合（如雙膜法、全膜法等）或這幾種技術(shù)與其他技術(shù)的組合（如膜生物反應(yīng)器等）。微濾、超濾、納濾和反滲透工藝的應(yīng)用已較為成熟，超濾膜和微濾膜在國內(nèi)膜市場占有率在50%以上，納濾應(yīng)用也較為廣泛，反滲透膜對COD、鹽類物質(zhì)處理的效果很好，主要用于高含鹽廢水處理、海水淡化等。此外，目前國內(nèi)很多工業(yè)行業(yè)追求達到廢水“零”排放，而廢水“零”排放的核心要求是實現(xiàn)深度脫鹽，反滲透技術(shù)處理含鹽量高的污水具有絕對優(yōu)勢，反滲透工藝在目前污（廢）水處理中也占據(jù)著核心地位。

近年來，隨著國家對污（廢）水中有機污染物的去除率要求越來越高，膜生物反應(yīng)器、雙膜法、全膜法等集成膜分離技術(shù)也得到越來越多的應(yīng)用。采用集成膜分離技術(shù)處理如電鍍、印染、皮革、釀造、焦化等行業(yè)的難處理工業(yè)廢水已成為業(yè)界共識。

膜生物反應(yīng)器將膜技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理工藝有機結(jié)合，較傳統(tǒng)生物處理工藝有明顯優(yōu)勢：產(chǎn)出污泥濃度、容積負荷遠高于傳統(tǒng)活性污泥法，有機物去除率高；硝化能力強，氮、磷去除率較高；出水可直接作為中水回用，回用率達60%以上；基本解決了污泥膨脹問題，較傳統(tǒng)活性污泥工藝剩余污泥產(chǎn)量少，大大降低了剩余污泥處置費用。在北方缺水地區(qū)及全國COD總量控制重點區(qū)域，采用膜生物反應(yīng)器處理城市生活污水，能充分發(fā)揮其污泥濃度高、處理效果好、出水回用、剩余污泥少等特點，應(yīng)用前景廣闊。我國兼氧型膜生物反應(yīng)器已達到國際先進水平。此外，為解決膜生物反應(yīng)器在污水回用處理中存在的膜污染及運行費用高等問題，近年來出現(xiàn)了許多新型膜生物反應(yīng)器，如高截留膜生物反應(yīng)器、斜板膜生物反應(yīng)器等，這些新型膜生物反應(yīng)器具有能耗低、出水水質(zhì)好等特點，在污水回用領(lǐng)域已受到廣泛關(guān)注。

雙膜法工藝是將超濾或微濾、納濾與反滲透工藝聯(lián)合使用（如UF+RO或MF+RO或NF+RO）的水處理工藝，可顯著改善反滲透進水水質(zhì)和通量、延長反滲透膜清洗周期和使用壽命，同時因其深度脫鹽的高效性，其在市政污水回用及工業(yè)廢水“零”排放、回用領(lǐng)域中得到迅速推廣應(yīng)用。

全膜法工藝是將微濾、超濾、反滲透、電除鹽等不同工藝有機組合，高效去除污染物、深度脫鹽的工藝。隨著各類膜技術(shù)的快速發(fā)展，全膜法工藝也逐漸成熟，應(yīng)用也越來越多。全膜法對水質(zhì)的適應(yīng)性很強，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，避免了脫鹽工藝使用酸堿所帶來的酸堿污染排放，安全性高，水回收率高。國內(nèi)許多電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)使用全膜法制備超純水，雖然全膜法前期建設(shè)投入較多，但若綜合考慮后續(xù)運行費用的縮減，其仍有明顯的經(jīng)濟和環(huán)境效益。

膜生物反應(yīng)器與雙膜法組合工藝（MBR+NF+RO）是近年發(fā)展應(yīng)用較快的一種組合工藝，雖工藝流程簡單，但污染物削減能力較強，應(yīng)用于垃圾滲濾液處理可取得良好效果，目前國內(nèi)已有很多采用該工藝的垃圾滲濾液處理工程。

3 我國水處理膜技術(shù)應(yīng)用中存在的問題

（1）我國膜材料的制造工藝水平與發(fā)達國家相比仍有很大差距，高端膜材料制造的核心工藝仍掌握在國外大型膜企業(yè)手中；國產(chǎn)膜品種和產(chǎn)業(yè)規(guī)模相對較小，在生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品品質(zhì)上都無法與國外大企業(yè)競爭；在水處理行業(yè)占據(jù)核心地位的反滲透膜市場國外公司仍占明顯優(yōu)勢。

（2）各類污（廢）水水質(zhì)復(fù)雜多變，膜的適應(yīng)性有限，運行不夠穩(wěn)定，導(dǎo)致膜使用壽命不夠長，工藝成本升高，阻礙了膜技術(shù)更快地推廣應(yīng)用。

（3）微生物繁殖及顆粒物吸附均會形成膜污染，逐漸堵塞膜孔、降低膜通量，致使膜清洗頻次增多、清洗壓力增大，進而縮短膜的使用壽命。

4 我國水處理膜技術(shù)的發(fā)展趨勢

（1）提升膜材料制造工藝水平。通過科技創(chuàng)新提高膜材料制造工藝水平，研發(fā)制造高端膜材料，提高膜產(chǎn)品品質(zhì)。熱致相分離法制備聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜是膜制造工藝的發(fā)展方向之一；研發(fā)制造高性能化學(xué)纖維、超濾級有機物燒結(jié)膜、納濾級陶瓷膜、納濾級石英膜、納濾級不銹鋼膜和鈦金屬膜、抗油疏水膜、耐高溫耐腐蝕等性能更好的膜材料是重要發(fā)展方向。

（2）提高膜性能。提高膜產(chǎn)品對工況變化的適應(yīng)性，降低預(yù)處理要求，節(jié)省成本；提高膜產(chǎn)品的抗污染性能，包括提高膜的抗微生物繁殖污染性能、抗吸附性污染物如石油類污染物的堵塞；提高膜的有效孔徑分布率、分離性能和理化穩(wěn)定性，提高膜通量，降低運行能耗、延長膜使用壽命；提高膜的機械強度，使膜能耐高壓反復(fù)清洗、耐生物膜等重物拉伸；研發(fā)制造脫鹽率高、抗氧化性強、低壓力、低能耗和使用壽命長的反滲透膜；研發(fā)制造性能優(yōu)異的復(fù)合膜。

（3）提高膜技術(shù)應(yīng)用水平。研發(fā)應(yīng)用新型高效的生物法和膜法組合工藝，研發(fā)應(yīng)用高效低耗的膜法濃水處理及資源化利用工藝；拓展各類膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍，如應(yīng)用微濾膜除鹽及重金屬，應(yīng)用超濾膜分離大分子有機物，應(yīng)用納濾膜進行油水分離，用耐高溫膜材料去除熱水的固體粒子、鹽并回收熱能，用耐高濃度酸堿的有機膜回收和處理處置廢酸液、廢堿液等。

Development Status and Trend of Membrane Technology for Water Treatment

SHANG Guang-xu, LIU Yuan, CHAI Wei-shu
(CAEPI, Beijing 100037, China)

The paper discusses the development situation of membrane technology for water treatment abroad and at home and application status of membrane technology for water treatment abroad and at home, analyzes the problems existed in the application of membrane technology for water treatment, puts forward the trend of membrane technology development for water treatment. The innovation development of membrane technology includes mainly the advance of membrane capability, the developments of membrane quality and membrane manufacture technology as well as the increase of membrane application technology.

water treatment; membrane technology; development trend

X703

A

1006-5377（2016）12-0054-03