在全球水處理市場(chǎng)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(jiǎn)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(shí)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(yùn)行空間,簡(jiǎn)化了設(shè)備的運(yùn)營(yíng)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(guó)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(guó)、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(guó),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(shí)現(xiàn)了尼龍6中空纖維膜過濾器的商品化,具有高流量、長(zhǎng)壽命特點(diǎn),在膜的外側(cè)和內(nèi)側(cè)具有不同微孔直徑的非對(duì)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(qiáng)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(rùn)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(guó)陶氏化學(xué)公司:
美國(guó)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(shí)現(xiàn)節(jié)能。水回收率的改善和排水量的減少,同樣實(shí)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(fèi)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(chǎng)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(guó)曼谷的自來水凈化設(shè)備中,該項(xiàng)目于2016年啟動(dòng),2017年將開始運(yùn)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(chǎng)上所占份額尚不足10%,因此其選擇與韓國(guó)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(guó)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(guó)、中東、東歐及中亞等市場(chǎng)。三菱麗陽在我國(guó)設(shè)有大連三菱麗陽環(huán)保機(jī)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(guó)于2015年強(qiáng)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(huì)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(chǎng)。
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(yùn)行的海水淡化設(shè)備中,多段閃蒸法(MSF)和多效蒸法合計(jì)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(huì)測(cè)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)??傊毡痉e極組織開發(fā)21世紀(jì)大規(guī)模水處理系統(tǒng)即兆噸級(jí)水處理系統(tǒng),在這些方面我國(guó)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(dòng)溶液(DS)來進(jìn)行海水淡化,由于無需外壓就可實(shí)現(xiàn)鹽的分離,廢水量少,又可實(shí)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(píng)價(jià)法,目的是進(jìn)一步解析HFFOM的水透過特性。神戶大學(xué)為實(shí)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(dòng)液由預(yù)水解溶液濃縮木糖的FO膜法是可以實(shí)現(xiàn)的。
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