有机高分子微滤／超滤膜的现状与未来

有机高分子微滤／超滤膜的现状与未来■文／王大新北京赛诺膜技术有限公司进入21世纪以来，随着我国人口的不断增长和经济的高速发展，水资源短缺以及水环境污染等问题越来越严重，直接影响到人民生活水平的进一步提高和国家经济力量的未来增长趋势。膜分离技术，特别是微滤、超滤和反渗透膜技术已被广泛用于市政污水处理和工业废水回用，还用于脱盐水制备和饮用水净化等领域。其中，微滤和趟滤膜技术在近几年得到了突飞猛进的发展，这2种膜材料种类繁多、产品多样化，但是与反渗透膜相比较，仍然存在规格与尺寸不统一、市场格局混乱等一系列问题。本文从市场需求角度简单分析了有机高分子微滤／超滤膜的现状与未圜AdvancedMaterialsIndustry来，从制膜工艺角度探讨了目前这2种膜的主流技术与未来发展方向，从生产管理角度阐述了国内微滤／超滤膜生产商面临的发展瓶颈。一、有机高分子微滤／超滤膜市场现状从产品应用领域来说，微滤／超滤膜市场分为3个部分：与生物膜法相结合处理含高浓度有机物的工业废水和市政污水，即膜生物反应器(MBR)技术；与反渗透膜相结合处理微污染地表水，经过常规工艺(混凝沉淀、澄清过滤等)处理一般工业废水和市政污水、海水，最终制成脱盐水作为工业回用水或生活用水；替代传统工艺制备市政饮用水。如果只考虑规模较大项目，全球2005—2010年期间处理量超过l万t／d的微滤／超滤膜产品应用项目合计处理水量为2700万t／d，图1给出了2005-2010年期间处理量超过17Yt／d的微滤／超滤膜产品在重、轻度污染市政、工业废水处理，海水淡化与处理，工业用自然水处理以及饮用水处理项目应用领域的比例分配情况。从图1中可以看出，17／t／d处理量的微滤／超滤膜产品在净化饮用水方面的应用占据了约40％以上的份额。近几年，在中国，采用膜技术净化饮用水的项目逐渐增多，该项目未来必将保持位居微滤／超滤膜应用市场份额排名首位。为了加速微滤／超滤膜技术在净化饮用水项目中的应用，需要解决3个问题：第一是饮水安全，用于净化饮用水的膜产品必须经过严格的卫生检验，不能引入二次污染；第二是制水成本，包括了膜技术的投资成本和运行成本2个部分，既要找到廉价的膜材料，又要求膜具备良好的性能(如低能耗、抗污染等性能)；第三是使用寿命，膜的使用寿命长短直接关系到饮水安全和制水成本。微滤／超滤膜技术在MBR、海水淡化预处理以及废水回用这3个领域的应用基本上平分秋色，各占据20％左右的市场份额。然而，目前在中国，微滤／超滤膜在废水回用领域占据着更大的市场份额，近几年，MBR逐渐成为微滤／超滤膜主要应用领域之一，而在未来，海水淡化预处理有可能成为微滤／超滤膜应用的主要领域之一。面向MBR、海水淡化预处理以及废水回用3个市场，微滤／超滤膜产品生产商需要解决以下3个问题：第一是膜产品要经久耐用，无论是用于MBR、废水回用还是海水淡化预处理，膜产品都将面临十分复杂恶劣的轻度污染市政、(490万来源：GWlDesalData。使用环境，因此对膜产品的强度、延展性、耐腐蚀性等方面提出更高的要求；第二是膜产品要抗污染、耐冲击，因为废水水质十分复杂并且水量波动很大，所以膜产品的抗污染性能、清洗恢复性能以及对污染物的截留性能尤为重要；第三还是制水成本，成本问题始终是目前膜分离技术替代传统技术的最大阻碍。在全球2005年以后处理量超过1万t／d的微滤／超滤膜产品应用项目中，我国膜生产商市场份额比例始终没有超过10％，然而，我国具有膜生产能力的企业数量几乎占全球膜生产企业的一半以上，这是一个值得我们思考的问题。=有机高分子微滤／超滤膜主流技术与发展方向1．微滤／超滤膜常用的膜材料在过去20多年间，国内外市场上通常使用的微滤／超滤膜原材料有聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)等繁多种类。PVDF是一种热塑性半结晶高聚物，由偏氟乙烯均聚或偏氟乙烯与六氟丙烯共聚而成。国内膜生产企业主要选用PVDF作为热致相分离法制备中空纤维膜的原材料，是着眼于PVDF材料本身所具有的高机械强度、耐腐蚀性、抗氧化性以及化学性质稳定，使用安全等优点，而这些完全符合公司产品长使用寿命、环境友好、耐冲击能力强等特点的要求。表1给出了PVDF与其他几种材料对各种化学药剂的耐受能力对比情况。可以看出，无论是在耐酸碱性、耐氧化性还是耐有机溶剂方面，PVDF的耐受能力均处于前列。目前，众多世界一流品牌均已选用PVDF作为水处理应用领域微滤／超滤膜制备的首选材质。中空纤维微滤／超滤膜有2种主要的运行方式：一种是由膜丝内部向外过滤原水，称为内压膜；另一种是由膜丝外部向图1全球在2005-2010年期间处理量超过1~'t／d的微滤／超滤膜产品应用领域分配新枷料产业NO．62011圈表1几种材