国产超滤膜的现状及发展

国产超滤膜的现状及发展

长期以来，人们都认为水是取之不尽用之不竭的，近50年来，人们才开始意识到水资源的可贵，开始考虑对用过的水进行回收再利用，历经几代污水处理技术，现在膜法污水处理技术已经被全世界公认为是目前最可靠的水处理技术。1.膜的概述

超滤膜分离技术被认为是二十一世纪最具产业发展前景的高新技术之一。从l963年，Michaels开发CA(醋酸纤维)膜起，就拉开有机超滤膜研究序幕，由于有机膜制备简便性，使大量有机超滤膜随之研究开发。

1.1.膜的定义

膜，更准确而言是半渗透膜，它是一薄层物质，当一定的推动力应用于膜两侧时，它能按照物质的物理化学性质使物质进行分离。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。

在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过性能，使溶质或溶剂分离的方法称为膜分离。分离溶质时一般叫渗析；分离溶剂时一般叫渗透。

1.2.膜的分类

膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。

根据材料的不同可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。

按形状分为平板膜、管式膜、中空纤维膜和卷式膜。

1.3.超滤膜技术

连续膜过滤技术是专为污水深度处理回用、地下水、地表水的净化、大型RO系统的预处理以及一些特殊的分离工艺而设计。

连续膜过滤系统采用了一种全新的外压中空纤维反洗技术，在反洗过程中，反洗液（一般为膜过滤的透过液）由膜元件的透过液出口进入到外压中空纤维膜的内侧，由内向外反向清洗；同时，在膜元件的原液入口加入压缩空气，对中空纤维的外壁进行空气振荡和气泡擦洗。压缩空气在中空纤维外壁与膜元件外壳之间的空间内上升，与反洗水共同作用，将膜表面的污染物清洗干净，清洗后的污水从膜元件的排污口排出。

连续膜过滤系统采用了恒流控制技术。通过流量变送器采集每台膜过滤设备的产水流量，经过PLC的PID运算，控制单机台设备进水调节阀，使每台超滤设备的产水量始终为设定值。恒流控制技术可使每台膜过滤设备始终运行于额定状态，避免人工操作而带来的问题。恒流控制技术和前面所述的变频恒压给水技

术在膜过滤系统中的有机结合使膜过滤系统具有极高的运行可靠性，完全避免了人为因素对系统可能的损害；在中控室用鼠标操作“开始/停止”即可。连续膜过滤系统的制水和清洗的切换、清洗操作、化学清洗及化学清洗剂的配置操作均由PLC控制；自控系统对全部操作点和工艺控制点均进行监视和控制，整个超滤系统及辅助系统可以实现无人值守，全自动运行。

随着连续膜过滤系统的运行过程中，压力、冲击等异常条件下，有可能发生膜丝断裂的情况，由于每个膜组件中拥有近万支中空纤维膜丝，所以只有发生膜丝达到一定数量情况下，才会导致产水质发生变化，但由于产水管上设置了浊度、SDI指标的检测仪器，可以保证很快发现问题并及时解决，因此可保证产水的SDI任何情况下不大于5。同时在实际系统的操作运行过程中可定期（4-6个月）进行系统的检漏。为了方便检漏的迅速进行，我们的连续膜过滤系统配备了自动完整性检测系统：自动完整性检测系统为在线外压检测系统，在检测时系统自动向中空纤维膜丝外部通入0.05Mpa压缩空气（此压力下可检测的最小破损点<5µm），系统等待5min，如有断丝情况，将会在单个膜组件产水透明观测管中有连续气泡产生，便可判定该膜组件有断丝产生，完成检测后系统自动泄压排水，完成检测步骤。操作人员可封闭发生断丝组件的进出水口，隔离该问题组件，在不影响系统运行的情况下，对膜组件进行修补。

连续膜过滤系统在长期的运行中，在膜丝表面截留了许多污染物质，导致膜通量的下降，此时要进行化学清洗，以恢复膜通量。我们的连续膜过滤系统配置了全自动的化学清洗系统。从药品配置到药品循环直至药液的冲洗排放，均有自控系统按照用户设置自动完成，大大提高了系统清洗运行的安全性和可靠性。

连续膜过滤可有效去除污水中的细菌、大肠杆菌、SS，降低浊度、悬浮物及胶体物质，降低污染指数（SDI），可最大限度的保证反渗透系统的安全运行。

在一般情况下，当过滤膜进水为到达国家二级排放水标准的污水时，其产水可达到以下指标：

产水浊度：≤0.2NTU

产水SDI值：≤3 在任何情况下不大于5

悬浮物SS：≤1mg/L

大肠杆菌检测不出

2.超滤膜发展历程

l861年，由Schmidt所完成第一次超滤试验中，采用是天然膜材料一牛心包膜，其制膜材料完全是天然成分。1865年Fick用硝酸纤维制备成人工“超滤”半透膜，国外在1936年第一次把纤维素及其衍生物膜用于超滤，但在较长时期内并没有形成工业化生产。1963年，Michaels开发出不同孔径不对称CA(醋酸纤维)膜，基于CA物化性质限制，1965年开始，不断有新品种高聚物超滤膜问世，并很

快商品化。在1965～1975期间，超滤膜得到大发展，膜从CA膜扩大到PS(聚砜)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PC(聚碳酸酯)、PAN(聚丙烯腈)、PEC(聚醚砜)和尼龙等多种材料超滤膜。

国内有机超滤膜研究于上世纪70年代起步，70年代初期研制成功醋酸纤维管式超滤膜，80年代研制成功聚砜中空纤维膜，在此基础上，又先后研制出一批耐高温、耐腐蚀、抗污染能力强、截留性能优的膜和组件。目前已有PS、PAN、PSA、PP、PE和PVDP等十余个品种膜，经过四十余年的应用与研发，在膜种类、产品质量、工程经验和售后服务上与国外膜产品已在伯仲之间。

目前聚偏氟乙烯（PVDF）是国际上工程界和学术界公认的高抗污染膜材料，而在PVDF方面技术成熟的只有少数发达国家，如美国的Usfilter（现已被西门子收购）、日本的旭化成、加拿大的ZENOE（现已被GE收购）等。天津膜天膜是国内最早开发出PVDF系列中空纤维膜产品及成套装置的公司，也是国内在该方面技术最成熟的公司，其中空纤维微滤膜的相关研究技术上已达到国际水平，并在国内外有大量的应用。

3.超滤膜企业

世界膜工业在2003年经历了公司的重组、裁员，甚至清算关闭和收购合并等许多挑战性的重大事件，然而大多数膜公司依然取得了不俗的业绩，增长率达到了两位数。相对于通用工业分离业务的投资力度不大（这一点在美国尤其明显）的现状，在包括饮用水处理、生物技术和生物科学、半导体制造、血液透析等关键市场以及新兴市场如废水再生、MBR相关污水处理和基于膜技术的燃料电池系统等，投资和市场条件已经明显改善了(其中的一些领域从来没有降低过)。

近两三年来，随着工业发展水质污染情况日益严重，对水预处理要求越来越高，作为目前为止最有效的水预处理方法，超滤膜在国内市场开始迅速增长。

相对于反渗透膜强大的市场占有率，目前超滤膜还没有形成较大的占据局面。我国从事膜研发的机构大约有30余家，从事膜生产的企业大约300多家，但有规模的只有天津膜天膜（主要作污水处理）、海南立升（主要作净水处理）。超滤之前没有大规模发展起来最主要的原因是价格较贵，运行成本较高。但是随着工业的发展，水质污染情况日益严重，对水预处理的要求越来越高，有越来越多的企业选择超滤来做预处理。这不仅因为超滤是目前为止做水预处理最有效的方法，还因为反渗透系统要想得到良好的运行，最好的方法是用超滤来做水的预处理。目前有不少反渗透系统出现问题，最主要的原因就是水的预处理太差，不能保证反渗透系统正常运行。因此，即使超滤膜的价格贵一些，也有越来越多的企业选择超滤来做预处理，从而达到一劳永逸。目前国内的市场格局是被国内众多超滤厂家所瓜分，其中的代表企业有天津的膜天膜，大连欧科，海南的立升。现在国内的超滤企业正在以“星星之火可以燎原”之势发展壮大，可以说，目前