中空纖維分離膜在水處理領(lǐng)域的最新進(jìn)展

　　據(jù)報道，2015年世界水處理市場達(dá)到38500億美元，到2020年市場需求將以年均4%的速度持續(xù)增長。在全球市場中，膜分離技術(shù)特別是中空纖維超濾膜、微濾膜和反滲透膜在水處理領(lǐng)域所占的份額正在快速擴(kuò)大。以下先簡要介紹中空纖維膜在水處理方面的新進(jìn)展。

　　中空纖維微濾膜(HFMFM)

　　(1)可樂麗公司

　　可樂麗公司最近采用聚偏氟乙烯(PVDF)開發(fā)了具有優(yōu)良過濾性能的微濾(又稱精密過濾)膜“ピューリアGL”，與以往的水處理膜相比，其單位時間、單位面積的流量高 2 倍以上，使水處理所需的HFMFM與元件數(shù)減少50%以上，節(jié)省了運行空間，簡化了設(shè)備的運營管理，屬節(jié)能型水處理設(shè)備。該公司還開發(fā)了一種水處理用的聚乙烯醇(PVA)凝膠，與上述產(chǎn)品一起開始在東南亞和中國銷售，2 ～ 3年后的銷售目標(biāo)是100億日元，相當(dāng)于目前的2.5倍。

　　(2)旭化成公司

　　旭化成公司的微濾(MF)和超濾(UF)膜銷量居世界第 3 位，在東南亞包括新加坡、泰國、越南和印尼，由于河水的濁度比日本高，因此適合選用非筒狀的MF膜浸漬型水處理設(shè)備。在中國，水處理膜的使用量比2012年擴(kuò)大了1.5倍以上，主要應(yīng)用于鍋爐水、工廠用水的前處理、工廠廢水處理再利用等。

　　(3)尤尼吉卡公司

　　最近尤尼吉卡公司實現(xiàn)了尼龍6中空纖維膜過濾器的商品化，具有高流量、長壽命特點，在膜的外側(cè)和內(nèi)側(cè)具有不同微孔直徑的非對稱結(jié)構(gòu)，可以捕捉不同的雜質(zhì)，過濾效率高。其微孔直徑范圍從10～100nm，孔徑易于控制，而且由于具有高強度，可以提高過濾壓力，使處理能力大為提高，而且由于尼龍6具有耐溶劑性、低溶出物和良好的親水性，不需要進(jìn)行濕潤處理。主要用途是半導(dǎo)體、電鍍、化工、制藥和食品等工廠的含藥劑廢水的處理，以及除去回收溶劑中的雜質(zhì)等。

　　中空纖維超濾膜(HFUFM)

　　(1)美國陶氏化學(xué)公司

　　美國陶氏化學(xué)工業(yè)公司于2015年開發(fā)了一種被稱作“PX Fiber”的PVDF中空纖維膜。作為水處理用的UF膜“Integra Flux”，與以往的UF膜元件相比，由于膜表面的細(xì)孔密度高，透水性提高了35%，因此UF膜元件的數(shù)量可減少，實現(xiàn)節(jié)能。水回收率的改善和排水量的減少，同樣實現(xiàn)了節(jié)能和減少環(huán)境負(fù)荷。此外，由于其膜微孔比以往產(chǎn)品小，使處理水質(zhì)有所提高，除菌率也高。

　　(2)東麗公司

　　東麗公司的HFUFM與反滲透(RO)膜相接合作為前處理工序，與采用砂濾相比便宜2成，RO膜的水生物污垢減少9成，RO膜的更換費用減少約4成，使總體的處理成本削減2成。目前其UF膜和RO膜相組合的系統(tǒng)正向東南亞和中東市場拓展。印尼使用該工藝處理飲用水;新加坡也于2015年也接受了數(shù)件訂單，在其海水淡化和都市廢水再生系統(tǒng)中，RO膜已占約8成。2015年東麗決定將其HFUFM“トレフィル”應(yīng)用于泰國曼谷的自來水凈化設(shè)備中，該項目于2016年啟動，2017年將開始運行，經(jīng)該裝置處理后可變?yōu)轱嬘盟Ｄ壳皷|麗的HFUFM在世界市場上所占份額尚不足10%，因此其選擇與韓國東麗化學(xué)公司合作，幫助其組合產(chǎn)品中的RO膜占據(jù)世界份額的約30%，可與美國陶氏化學(xué)并駕齊驅(qū)。

　　(3)三菱麗陽公司

　　三菱麗陽公司的HFUFM主要用于兩大領(lǐng)域，一是膜分離活性污泥法(MBR法)的前處理，另一為家庭凈化器。前者主要用于污水處理廠，已廣泛應(yīng)用于我國、中東、東歐及中亞等市場。三菱麗陽在我國設(shè)有大連三菱麗陽環(huán)保機器有限公司，負(fù)責(zé)培訓(xùn)操作人員，在蘇州也成立了分公司，HFUFM材質(zhì)有PVDF和PE(聚乙烯)2 種，今后將在大連和無錫建立生產(chǎn)廠，以滿足中國于2015年強化廢水處理法規(guī)后進(jìn)一步擴(kuò)大的需求，預(yù)期5年后銷售額會提高3倍，主要是通過原料和制造工藝的高速化等措施，使膜制造成本下降40%，并通過與當(dāng)?shù)毓こ坦竞献鞫鴶U(kuò)大市場。

　　中空纖維反滲透膜(HFROM)和正滲透(HFFOM)

　　(1)海水淡化用HFROM

　　2013年全球運行的海水淡化設(shè)備中，多段閃蒸法(MSF)和多效蒸法合計約占44%，RO膜法約占56%。到2015年海水淡化裝置的總產(chǎn)量約為9 400萬～9 800萬m3。據(jù)日本化工協(xié)會測算，到2020年RO膜元件的產(chǎn)量有望達(dá)到61萬支，可削減約1.7×108 t以上的CO2排放量。從技術(shù)上看，先后經(jīng)歷了從高壓、低壓到兩頭開口型的RO膜元件，近幾年又開發(fā)了正滲透(FO)膜元件。

　　海水淡化一方面可生產(chǎn)飲用水，另一方面得到RO濃縮水，后者既可以放流回海里，也可以從中回收鋰、釩、鉬、鎂、鎂化物、鈣、鹵素、碘和硼。還有人利用RO濃縮水與淡水(河水)的滲透壓差進(jìn)行濃度差發(fā)電研究。

　　在HFROM的技術(shù)創(chuàng)新方面，東麗公司、東洋紡公司、Daicen膜系統(tǒng)公司和神戶大學(xué)院合作，開展高效大型分離膜元件的研發(fā)，東麗還研發(fā)利用反滲透膜的低環(huán)境負(fù)荷海水淡化法，東洋紡則研發(fā)高透水性、低壓CTA(三醋酸纖維素)HFROM和元件兩端開口型的HFROM海水淡化元件，日立制作所開發(fā)面向大型工程的大規(guī)模海水淡化廠的低壓多段(2段)高收率RO系統(tǒng)。山口大學(xué)還研究用聚酰胺系RO膜和納米纖維膜高效去除亞砷酸(H3AsO3)?？傊?，日本積極組織開發(fā)21世紀(jì)大規(guī)模水處理系統(tǒng)即兆噸級水處理系統(tǒng)，在這些方面我國與日本尚有較大差距。

　　(2)中空纖維正滲透膜(HFFOM)

　　所謂FO膜法，是利用具有高滲透壓的驅(qū)動溶液(DS)來進(jìn)行海水淡化，由于無需外壓就可實現(xiàn)鹽的分離，廢水量少，又可實現(xiàn)濃鹽水的直接排放，因此研發(fā)工作進(jìn)展迅速，但目前尚需進(jìn)一步開發(fā)超薄型耐腐蝕的HFFOM，使海水與溶劑能緊密接觸提高滲透壓，以高效阻防鹽分和雜質(zhì)。

　　日本山口大學(xué)院和神戶學(xué)院大學(xué)共同開發(fā)了CTA中空纖維膜的正滲特性的新評價法，目的是進(jìn)一步解析HFFOM的水透過特性。神戶大學(xué)為實現(xiàn)高效生物質(zhì)發(fā)酵法，開展了濃縮木糖的正滲透膜法的研究，結(jié)論是：低能耗的濃度法，即通過利用適當(dāng)?shù)尿?qū)動液由預(yù)水解溶液濃縮木糖的FO膜法是可以實現(xiàn)的。