随着我国净水及污水处理标准的不断攀升,膜技术已经从工业水处理行业转移至净水及市政污水领域。膜技术分类中:以压力为推动力的膜分离技术可分反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)以及微孔过滤(MF)四类;以制造膜的材料来分又可分有机合成材料膜、陶瓷膜以及其它材料,其中陶瓷膜相比有机聚合材料具有耐酸碱、抗微生物能力强、耐高温、更强的化学稳定性等特点,但陶瓷膜只有管式组件,因此其膜过滤面积较小;而膜组件又分平板式、管式、卷式和中空纤维四种类型,其中卷式和中空纤维膜的过滤面积最大。

它们的区分是根据膜层所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的额定孔径范围作为区分标准时,则微孔膜(MF)的额定孔径范围为0.02~10μm;超滤膜(UF)为0.001~0.02μm;逆渗透膜(RO) 为0.0001~0.001μm。

技术综述:一般水的流动方式是由低浓度流向高浓度,水一旦加压之后,将由高浓度流向低浓度,亦即所谓逆渗透原理:由于 RO 膜的孔径是头发丝的一百万分之五( 0.0001 微米) , 一般肉眼无法看到,细菌、病毒是它的 5000 倍,因此,只有水分子及部分有益人体的矿物离子能够通过,其它杂质及重金属均由废水管排出。

最早应用于海水淡化,自上世纪70年代进入海水淡化市场之后发展十分迅速,RO用膜和组件已相当成熟,组件脱盐率可高达99.8%以上。近年来,功交换器和压力交换器的开发成功使能量回收效率都高达90%以上,从而使应用RO反渗透膜海水淡化的本体能耗在3KWh/m3淡水以下,成为从海水制取饮用水最廉价的方法。

除应用于海水淡化之外,RO广泛用于苦咸水淡化以及纯水和超纯水的制备,并成为其最经济的制备工艺过程。纯水和超纯水的制备在电子、电力、化工、石化、医药、饮料、食品、冶金等各行业广泛采用;苦咸水淡化在西部大开发中将进一步发挥作用。同时RO反渗透技术已应用于电镀、矿山、放射、垃圾渗滤液等废水的浓缩处理,以及水回用或达标排放等。

案例介绍:2008年7月9日正式投入运行的北京市北小河再生水厂,其中采用RO反渗透膜生产1万立方米更高品质的再生水每天源源不断供给奥运中心区。其工艺流程图如下:

技术综述:一种孔径规格一致,额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。采用超滤膜以压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得。最适于处理溶液中溶质的分离和增浓,也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离,其应用领域在不断扩大。超滤膜的制膜技术,即获得预期尺寸和窄分布微孔的技术是极其重要的。孔的控制因素较多,如根据制膜时溶液的种类和浓度、蒸发及凝聚条件等不同可得到不同孔径及孔径分布的超滤膜。超滤膜一般为高分子分离膜,用作超滤膜的高分子材料主要有纤维素衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。超滤膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纤维膜等形式,广泛用于如医药工业、食品工业、环境工程等。

案例分析:清河再生水回用工程是北京市污水处理和资源化的重要工程项目,是奥运工程的配套项目。按照以下进水条件进行设计:设计进水水量:≥88,000m3/d,设计水温:13.1~25.4℃。核心处理单元为膜超滤膜池(ZeeWeed 1000系列中空纤维,采用“由外至内”流动方式),出水满足城市污水再生利用景观用水水质标准(GB/T 18921-2002)娱乐性景观环境用水(河湖类)。

技术综述:纳滤(简称NF) 介于反渗透和超滤膜之间,是近10 年发展较快的一项膜技术,其推动力仍是水压。纳滤膜的开发始于20 世纪70 年代,最初开发目的是用膜法代替常规的石灰法和离子交换法的软化过程,所以纳滤膜早期也被称为软化膜。目前国际上的纳滤膜多半是聚酰胺复合膜,切割分子量100~1 000 。主要用于去除直径为1 nm 左右的溶质粒子,对NaCl 脱除率在80 %左右。RO 膜几乎对所有的溶质都有较高的脱除率,但NF 膜只对特定的溶质(如MgSO4 ) 具有高脱除率。NF 膜的最大特征是膜本体带有电荷,这使它在很低操作压力下(0. 5 MPa) 仍具有较高的脱盐率。

案例分析(纳滤在石油平台废水处理中的应用): 石油平台产生的废水,经处理后,废水排出船外,石油送至岸上。要求排放水的有机物( TOC) 含量必须小于48 mg/ kg。许多海岸平台采用重力沉降器、除沫器、气浮等设备分离油和水。这些设备根据相分离原理实现分离。在大多数情况下,由于原水中溶解有机物含量过高,很难降低到允许的限度。

废水中的低分子量羧酸主要是由水溶性有机物构成。它不溶于二氯二氟甲烷(氟利昂) ,骨架上具有4 个更大碳原子的羧酸溶于氟利昂。但具有4 个更大碳原子的羧酸不溶于水。因而,所选择的膜应能去除C5~C10 范围内的羧酸,以及去除其它水溶性有机物。C. Bartels 采用直径76 cm、循环式纳滤装置,在平台温度30~40 ℃、料液速率1. 1 m/ min、压力1.3 MPa 条件下进行了试验。试验结果:由于C4和更大碳原子的羧酸溶于氟利昂, 因此选用己酸作为模拟有机物。废水中加入40 000 mg/ kg的NaCl 模拟盐含量的影响。对这种模拟液膜的性能较差。但当pH 试液从初始3. 3增高时,膜的选择性和通量增加。pH = 7 时,膜的脱除率约60 % ,膜A 的通量为151. 4 L/ d ,膜B 的通量为10210 L/ d。

技术综述:它属于精密过滤,其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类,有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征,微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物,以达到净化、分离、浓缩的目的。能截留0.1-1 微米之间的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性固体(无机盐)等通过,但会截留住悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为0.7-7bar。

案例介绍:2004年湖南大学与长沙市第二污水净化中心科技人员经过三年的攻关,成功推出“浸没式微滤膜与氧化沟组合”的城市污水回用处理新技术。湖南大学在全国首次将化工领域的微滤膜成功替代传统的二沉池,不仅简化了流程,而且具有投资小、占地少、污水处理效率高的优点,来自长沙市第二污水净化中心、株洲市霞湾污水处理厂和岳阳市污水净化中心的成果应用表明,采用这种新技术运行几个月来,氧化沟对城市污水中污染物质的去除效率明显提高,特别是氮和磷的去除效果特别明显。根据测量,新工艺运行成本比传统污水深度处理工艺低13%左右,其建设投资则低40%左右,如果湖南污水处理厂全部推广该工艺,每年可节省污水处理运行费用2000多万元。

1、膜法水处理技术发展趋势与未来挑战
   主讲人:黄霞 清华大学环境系教授
2、膜材料技术的发展现状与市场分析
   主讲人:吕晓龙 天津工业大学教授
3、浸入式超滤膜技术在净水技术上的应用前景
   主讲人:何寿平 金州环境集团技术顾问 中国水网顾问
   其他主讲嘉宾待定

膜生物反应器(MBR)技术:
MBR是膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型污水处理技术。一般中水处理工艺出水中的病菌、病毒数量多,水质不稳定,消毒剂用量大。在生物反应器内放置0.02微米的微/超滤膜,可过滤截留全部胶体污染物质与细菌、大部分病毒,并通过活性污泥消化分解污染物质,膜产水优质稳定,只需较少的消毒剂用量就能消灭剩余的病毒:如排入城市污水处理厂也将显著减轻残余消毒剂对生物处理系统的破坏作用。优越的处理性能使MBR在工程应用中取得了相当大的成绩,但要在应用中进一步提高竞争力和扩大市场份额,仍面临着诸多挑战,主要体现在以下几方面:
① 提升膜材料和膜组件。进一步开发寿命长、强度好、抗污染、价格低的膜材料,对膜组件的研究应朝着处理能力大、能耗低的方向发展。
② 膜污染及其控制策略。利用分子生物学、显微可视化方法等深入研究膜污染机理,探索更为有效、简便的方法以控制和减缓膜污染的发生与发展。
③ MBR 的经济性。与传统工艺相比,MBR费用仍偏高,需进一步降低其能耗以增强MBR的竞争力,因此需加强对MBR经济性的研究(如能耗、清洗费用、劳动力成本等) 。
④ MBR处理规模和应用领域。扩大MBR的处理规模和应用领域,尤其是对高浓度污水和难降解废水的处理,解决MBR用于大规模工程项目中出现的新问题。
⑤ 膜组件的更换与标准化。除新建项目外,已有MBR污水处理项目中膜组件的更换,将进一步拉动MBR 市场的发展。以每年的市场增长率为10% (新建项目) 、膜组件的平均使用寿命为5 年计, 膜组件的更换最终将占到每年膜销售量的40%。为进一步降低膜的成本费用,提高MBR工艺的经济性和竞争力,有必要对MBR的膜组件进行标准化设计。

案例介绍:目前,全世界投入运行或在建的MBR系统已超过2500套。已投入运行的规模最大的MBR污水处理工程是位于德国Kaarst市的Nordkanal污水处理厂,设计平均流量为4. 5 ×104m3/d (峰值流量为5×104m3/d) 。在建规模最大的是美国B rightwater污水处理厂,设计平均流量为11. 7×104m3/d,峰值流量为14. 4×104m3/d。

连续膜过滤(CMF)技术:
连续膜过滤(Continuous Membrane Filtration ,简称CMF)深度水处理系统是为中水回用设计,CMF技术采用独特结构的中空纤维膜元件和气水双洗工艺。城市污水与一般有机工业废水经二级生化处理后,再经CMF技术可去除细菌、微生物和悬浮物等杂质,净化后的水清澈透明。CMF中水工艺设备系统采用模块化设计,可根据处理水量大小进行组合;系统自动化控制程度高,可以降低劳动力成本,降低运行费用。以日处理回用10000m3/日二级生化出水为例,总投资成本为200~400元/m3/日、运行费用为0.35~0.55元/m3、年节省费用(按水价2.8元/m3)为50万元左右、静态投资回收期小于1年。CMF中水工艺设备的膜过滤通量大,系统抗污染性能强。适用于污水处理厂二级生化出水的再生回用,同时也可用于地表水、工业冷却水过滤作中水用途。适宜应用于城市污水处理厂中水直接生产。
案例介绍:2003年中国石化集团广州分公司中水项目,12000m3/日;2003天津经济技术开发区泰达污水处理厂中水车间,规模5000m3/日。

单位:中国市政工程华北设计研究总院 职位:生产/质量 工龄:5-10年
膜的费用高、抗污染能力差且清洗后通量衰减很多
单位:济宁市污水处理厂 职位:研发/设计 工龄:10-20年
易堵塞、寿命短、发冲洗麻烦
单位:北京市环境保护科学研究院 职位:研发/设计 工龄:10-20 年
易断丝、工程成本高、性价比不满意
单位:北京卢南污水运营有限责任公司 职位:生产/质量 工龄:3-5年
膜柱的配套自控设备易出问题、使用寿命短、产水率较低
单位:MTI工程技术(北京)有限公司 职位:销售/市场 工龄3-5年
易堵、产水量下降快
品牌知名度   品牌使用提及率
排名 品牌 分数 排名 品牌 品牌使用提及率
1 陶氏DOW 91.11 1 陶氏DOW 64%
2 天津膜天膜 88.44 2 天津膜天膜 60%
3 海德能 81.00 3 海德能 33%
4 通用电气/泽能 74.89 4 通用电气/泽能 24%
5 东丽TORAY 73.78 5 东丽TORAY 23%
6 旭化成 72.78 6 旭化成 22%
7 碧水源 68.67 7 立升 14%
8 立升 67.78 8 碧水源 13%
9 科氏KOCH 67.11 9 科氏KOCH 13%
10 荷兰诺瑞特NORIT 66.67 10 荷兰诺瑞特NORIT 9%
未来1-2年品牌使用提及率   设备满意度指数
排名 品牌 未来使用提及率 排名 品牌 分数
1 陶氏DOW 69% 1 陶氏DOW 83.73
2 天津膜天膜 40% 2 天津膜天膜 80.84
3 海德能 38% 3 海德能 75.38
4 东丽TORAY 31% 4 通用电气/泽能 71.31
5 旭化成 31% 5 东丽TORAY 71.13
6 通用电气/泽能 19% 6 旭化成 68.58
7 荷兰诺瑞特NORIT 18% 7 立升 65.69
8 碧水源 16% 8 碧水源 64.89
9 立升 16% 9 科氏KOCH 64.69
10 西门子 16% 10 Vontron(原汇通源泉) 63.65
·全球水资源争夺战 膜技术魅力尽显
一场即将到来的全球水资源争夺战,一批本土小玩家的商业新魔法:膜技术
·2009水业高级技术论坛 新视角看膜技术
本届技术论坛的主题为“前沿 创新 合作”。将有众多专家,共同探讨08~09年水业技术发展中的热点、焦点、难点,和与会者分享技术经验。
·西门子牵手陶氏提供废水处理与膜设备
西门子(泰国)有限公司与MTPHPPO制造有限公司——陶氏化学公司(DOW)与暹罗水泥集团(SCG)的合资企业,签订了价值数千万美元的合同,为其提供水和废水处理设备。
·格兰特膜界破茧 拷问膜界人敏感神经
北京格兰特膜分离设备有限公司自主研发的新产品:复合热致相分离法(c-TIPS )生产的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜产品问世。
·天津膜天膜浸没式膜过滤技术中标53200吨/天再生水项目
天津膜天膜科技有限公司战胜众多国际著名品牌产品和厂商,以浸没式连续膜过滤(SMF)技术一举中标目前国内规模最大的采用浸没式连续膜过滤(SMF)技术的再生水项目。
·格兰特复合热致相分离法生产PVDF膜产品投入量产
复合热致相分离法(c-TIPS)生产聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜产品正式投入量产,09年年底之前将达到年产100万平方米膜组件的生产能力。
·立升:中国超滤膜有能力向全世界叫板
立升PVC合金毛细管式超滤膜技术第一次实现廉价的PVC材料产业化生产优质超滤膜,极大提高超滤膜性能,极大降低超滤膜成本,推动了超滤膜的普及应用,成为未来水处理的核心技术。
·旭化成的膜与中国水处理市场战略
旭化成的膜市场规模达100亿日元(折合人民币近6.4亿),在今后几年里,这个规模也将肯定会维持下去,因为,膜市场是个有希望的重要市场。
·滤膜技术催生的净水科技创新
以浸入式超滤膜技术为核心、集絮凝、超滤、污泥浓缩于一体的短流程工艺
·新标准颁布将让膜技术独领风骚
技术上综合来看,填埋场垃圾渗滤液处理要达到《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008)中要求,就需要采用价格相对贵的膜处理技术。
·中国最大的反渗透膜项目将在京开工建设
2008年12月25日电 中国蓝星(集团)股份有限公司25日宣布其与日本东丽公司合资的年产13万支反渗透膜项目将于近日在北京开工。
·膜市场需求将高达200亿
“十一五”期间全国将新建污水处理厂1000 多座。据建设部测算到2010年我国城市污水处理率将达 70% 以上,膜市场需求将高达 200 亿元,并以每年 20% 的速度增长。
·碧水源膜产业基地投产 我国用膜依赖进口历史终结
填补了我国高品质PVDF(聚偏氟乙烯)膜制造技术的空白,正式宣告我国MBR用膜依赖进口的历史结束。
·江苏无锡将采用膜生物反应系统治理太湖污水
江苏省无锡市将采用德国西门子公司提供的膜生物反应系统处理城镇生活污水并帮助太湖恢复水质。
·天津膜天膜MBR中水项目诠释奥运理念
北京奥运会期间,天津膜天膜科技有限公司承担了奥运香港马术场MBR中水项目,用自身行动诠释了绿色奥运和科技奥运的理念。
·美能——膜领域内一支突起的奇军
中国会是美能最主要的市场,美能的战略重点会放在中国。目前中国市场和海外市场相比会占到业务主体的70—80%。
·GE 的“膜”法雨水
鸟巢雨洪综合利用系统所采用的技术凝聚了当前全球水处理科技领域的至高成就,代表着未来的发展趋势。雨水回用仅仅是实现绿色奥运的一个起点,从这个意义上说,绿色奥运为绿色中国树立了一个典范,也给出了一个标杆。
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制作人:周芸 连明路 制作时间:2009年05月27日