水处理膜材料技术及产业发展现状_冯瑞华

水处理膜材料技术及产业发展现状

■ 文/冯瑞华

中国科学院武汉文献情报中心

水资源是经济社会发展重要的物质基础。我国是重度缺水国家，全国约有60%的城市面临严重缺水的威胁，农业用水也面临严峻挑战，水资源已经成为制约我国经济发展乃至人民生活的重要因素。海水淡化、污水废水循环利用等已经成为解决全球水资源危机的重要途径，因此迫切需要发展高效节能的水处理膜材料和技术。

一、水处理膜的战略部署与市场

膜法水处理技术与传统水处理方法相比，由于具有成本较低、分离精度高、投资少、易于操作和管理、对环境二次污染小等优点，在净水和污水处理与回用中有很好的应用前景，膜法水处理逐渐成为市场的发展趋势。目前国内反渗透膜有90%是进口产品；超滤和微滤膜约40%进口，而用于制作膜的原材料有50%～70%依

赖进口。国产膜与进口膜在价格、市场

占有率等方面的差异还是相当明显

的，这也是为什么业界一直呼吁要大

力提高分离膜国产化率的原因。

我国非常重视高性能分离膜的

发展，发布了多项发展规划。

《国家

“十二五”科学和技术发展规划》把高

性能分离膜材料列为产业关键技术

攻关示范重点之一，重点开发水处理

膜、气体分离膜、特种分离膜等膜材

料，水处理膜材料以反渗透膜为突破

口，显著提高国产反渗透膜材料的市

场占有率，重点膜材料国内市场占有

率提高30%以上。

《国务院关于加快培

育和发展战略性新兴产业的决定》提

出新材料产业要大力发展高性能膜

材料等新型功能材料。

《新材料产业

“十二五”发展规划》把功能膜材料列

入“新材料‘十二五’重点扶持专项”工

程；《节能环保产业发展规划》则明

确提出要重点攻克膜生物反应器，重

点研发和产业化示范膜材料。

《分离

膜“十二五”发展规划》提出中国要在

分离膜全领域形成完备、规模化的膜

与膜组器的生产技术与生产能力，膜

性能达到国际先进水平。国产反渗透

膜应用要进入水处理高端领域，年产

能要达到1000万m2，国内市场占有

率上升至25%～30%，并有出口。超滤

和微滤膜领域则要研制高强度、高水

通量、耐污染的超/微滤膜，产能达到

4500万～5000万m2/a。电驱动膜形

成100万～130万m2的年产能。国内氯

碱工业用全氟离子膜将实现规模化

生产，年产能达到20万m2。

《中国膜行

业“十三五”战略发展规划》正在编制

中，拟提出功能膜产值在“十二五”的基础

上翻番，微滤膜及超滤膜质量实现新突

破，国内市场占有率达到60%～80%。到

“十三五”末期，功能膜产值突破2500

亿元，出口实现100亿元/a。期内将培育一批龙头企业：年销售收入在50亿～100亿元的超级企业5个；10亿～50亿元的大型企业10个；2亿～10亿元的优质企业20个。

“十三五”期间，膜产业的年增长速度在20%左右，到2020年达到2500亿～3000亿元的规模，其中膜产品年出口产值将超过100亿元。中国膜工业力争实现“着力培育龙头企业”的目标，即培育10家年产值50亿～100亿元的企业、20家年产值10亿～50亿元的企业，30家年产值2亿～10亿元的企业；布局若干膜产业积聚区，推动集群创新，显著提升产业的附加值，氯碱工业用的离子膜、海水淡化反渗透膜、高分子超微滤膜等重要膜品种的国内市场占有率提高30%以上。市场销售膜产品标准化覆盖率达80%以上，膜生产企业实现有标生产。

二、水处理膜研究进展

我国水处理膜的研究始于1970年前后，大约从1980年开始，为了生产半导体工厂使用的高纯度“超纯水”，水处理膜全面投产。从20世纪90年代起，又应用到了饮用水和工业用水的生产之中。进入21世纪后，水处理膜材料技术迅速扩大，膜技术被成为是21世纪的水处理技术，是近40年来发展最迅速、应用最广泛的技术。现

代的水处理膜分离技术主要包括微滤

膜（M F膜）、超滤膜（U F膜）、纳滤膜

（NF膜）、反渗透膜（RO膜）等，用途包

括净水处理、海水淡化、污水废水循环

利用等，详见表1所示。

1.微滤膜

微滤膜技术在液体分离的主要

应用领域包括食品饮料加工、生物制

药生产、饮用水的生产、废水处理、工

业加工和半导体制造等方面。微滤膜

在废水回用处理中应用最多，常用的

滤膜材料有醋酸纤维素、聚砜、聚醚

砜、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈等及其

改性材料。聚偏四氟乙烯材料具有良

好的化学稳定性、热稳定性及机械强

度，能溶于多种溶剂，是目前使用较

广泛的膜材料之一。但聚偏四氟乙烯

材料有较强的疏水性，过滤过程中易

吸附有机物质使膜被污染，导致膜通

量下降，限制了其在废水处理中的应

用。因此，提高微滤膜材料的抗污染

性，对微滤膜进行改性是目前研究的

热点。改性方法较多，包括在原有的

膜材料上进行共混改性、表面化学改

性、辐照接枝和新型无机-有机膜杂

化改性等。

2.超滤膜

超滤膜是最早开发的高分子分

离膜之一，在20世纪60年代超滤装

置就实现了工业化。超滤膜的工业应

用十分广泛，不仅用于分离、浓缩、纯

化生物制品、医药制品以及食品工业

中；还用于血液处理、废水处理和超

纯水制备中的终端处理装置。超滤膜

一般为非对称膜，要求具有选择性的

表皮层，其作用是控制孔的大小和表

状，而聚合物膜的化学性质对膜的分

离特性影响较小。超滤膜具有各向异

性，其分离功能主要是靠膜2侧的表面

活性层实现的。超滤膜如今已发展了

数代，第1代为醋酸纤维素膜；第2代为

聚合物膜如聚矾、聚丙烯膜、聚乙烯薄

膜、聚醋酸乙烯膜、聚酰亚胺膜等，其性

能优于第1代膜，应用较广；第3代为

陶瓷膜，强度较高，其膜组件型式为片

型、管型、中空纤维及螺旋型等。

3.纳滤膜

纳滤膜的孔径范围介于反渗透

膜和超滤膜之间，约l n m左右，故称为

纳滤膜。纳滤膜可分为有机膜和无机

膜。无机膜包括陶瓷膜、金属膜和分子

筛膜等，无机纳滤膜具有良好的耐溶

剂性能，但价格较昂贵。目前应用最为

广泛的有机纳滤膜的包括醋酸纤维素

膜、聚酰胺复合膜、交联全芳香族聚酰

胺膜、聚乙烯醇膜、磺化聚砜膜。

中空纤维式和卷式膜组件的填

充密度高，造价低，组件内流体力学条

件好；但是这2种膜组件的制造技术

要求高，密封困难，使用中抗污染能力

差，对料液预处理要求高。而板框式和

管式膜组件虽然清洗方便、耐污染，但表1 水处理膜技术分类

膜单元种类过滤精度/μm功能主要用途

微滤膜（MF）0.1～10去除悬浮颗粒、细菌、部分病毒及大尺度胶体饮用水去浊，中水回用，纳滤或反渗透系统预处理超滤膜（UF）0.002～0.1去除胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物饮用水净化，中水回用，纳滤或反渗透系统预处理

纳滤膜（NF）0.001～0.003去除多价离子、部分一价离子和

分子量200～1000D的有机物

脱除井水的硬度、色度及放射性镭，

部分去除溶解性盐，工艺物料浓缩等

反渗透膜（RO）0.0004～0.0006去除溶解性盐及分子量大于100D的有机物海水及苦咸水淡化，锅炉给水、工业纯水制备，废水处理及特种分离等