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干货 | 中空纤维分离膜在水处理领域的最新进展

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2017-12-29 09:44【

据报道,2017年世界水处理市场达到38500亿美元,到2020年市场需求将以年均4%的速度持续增长。在全球市场中,膜分离技术特别是中空纤维超滤膜、微滤膜和反渗透膜在水处理领域所占的份额正在快速扩大。以下先简要介绍中空纤维在水处理方面的新进展。

中空纤维微滤膜(HFMFM)

(1)可乐丽公司

可乐丽公司最近采用聚偏氟乙烯(PVDF)开发了具有优良过滤性能的微滤(又称精密过滤)膜“ピューリアGL”,与以往的水处理膜相比,其单位时间、单位面积的流量高 2 倍以上,使水处理所需的HFMFM与元件数减少50%以上,节省了运行空间,简化了设备的运营管理,属节能型水处理装置。该公司还开发了一种水处理用的聚乙烯醇(PVA)凝胶,与上述产品一起开始在东南亚和中国销售,2 ~ 3年后的销售目标是100亿日元,相当于目前的2.5倍。

(2)旭化成公司

旭化成公司的微滤(MF)和超滤(UF)膜销量居世界第 3 位,在东南亚包括新加坡、泰国、越南和印尼,由于河水的浊度比日本高,因此适合选用非筒状的MF膜浸渍型水处理设备。在中国,水处理膜的使用量比2012年扩大了1.5倍以上,主要应用于锅炉水、工厂用水的前处理、工厂废水处理再利用等。

(3)尤尼吉卡公司

最近尤尼吉卡公司实现了尼龙6中空纤维膜过滤器的商品化,具有高流量、长寿命特点,在膜的外侧和内侧具有不同微孔直径的非对称结构,可以捕捉不同的杂质,过滤效率高。其微孔直径范围从10~100nm,孔径易于控制,而且由于具有高强度,可以提高过滤压力,使处理能力大为提高,而且由于尼龙6具有耐溶剂性、低溶出物和良好的亲水性,不需要进行湿润处理。主要用途是半导体、电镀、化工、制药和食品等工厂的含药剂废水的处理,以及除去回收溶剂中的杂质等。



中空纤维超滤膜(HFUFM)

(1)美国陶氏化学公司

美国陶氏化学工业公司于2017年开发了一种被称作“PX Fiber”的PVDF中空纤维膜。作为水处理用的UF膜“Integra Flux”,与以往的UF膜元件相比,由于膜表面的细孔密度高,透水性提高了35%,因此UF膜元件的数量可减少,实现节能。水回收率的改善和排水量的减少,同样实现了节能和减少环境负荷。此外,由于其膜微孔比以往产品小,使处理水质有所提高,除菌率也高。

(2)东丽公司

东丽公司的HFUFM与反渗透(RO)膜相接合作为前处理工序,与采用砂滤相比便宜2成,RO膜的水生物污垢减少9成,RO膜的更换费用减少约4成,使总体的处理成本削减2成。目前其UF膜和RO膜相组合的系统正向东南亚和中东市场拓展。印尼使用该工艺处理饮用水;新加坡也于2017年也接受了数件订单,在其海水淡化和都市废水再生系统中,RO膜已占约8成。2017年东丽决定将其HFUFM“トレフィル”应用于泰国曼谷的自来水净化设备中,该项目于2017年启动,2018年将开始运行,经该装置处理后可变为饮用水。目前东丽的HFUFM在世界市场上所占份额尚不足10%,因此其选择与韩国东丽化学公司合作,帮助其组合产品中的RO膜占据世界份额的约30%,可与美国陶氏化学并驾齐驱。

(3)三菱丽阳公司

三菱丽阳公司的HFUFM主要用于两大领域,一是膜分离活性污泥法(MBR法)的前处理,另一为家庭净化器。前者主要用于污水处理厂,已广泛应用于我国、中东、东欧及中亚等市场。三菱丽阳在我国设有大连三菱丽阳环保机器有限公司,负责培训操作人员,在苏州也成立了分公司,HFUFM材质有PVDF和PE(聚乙烯)2 种,今后将在大连和无锡建立生产厂,以满足中国于2015年强化废水处理法规后进一步扩大的需求,预期5年后销售额会提高3倍,主要是通过原料和制造工艺的高速化等措施,使膜制造成本下降40%,并通过与当地工程公司合作而扩大市场。

中空纤维反渗透膜(HFROM)和正渗透(HFFOM)

(1)海水淡化用HFROM

2015年全球运行的海水淡化设备中,多段闪蒸法(MSF)和多效蒸法合计约占44%,RO膜法约占56%。到2017年海水淡化装置的总产量约为9 400万~9 800万m3。据日本化工协会测算,到2020年RO膜元件的产量有望达到61万支,可削减约1.7×108 t以上的CO2排放量。从技术上看,先后经历了从高压、低压到两头开口型的RO膜元件,近几年又开发了正渗透(FO)膜元件。

海水淡化一方面可生产饮用水,另一方面得到RO浓缩水,后者既可以放流回海里,也可以从中回收锂、钒、钼、镁、镁化物、钙、卤素、碘和硼。还有人利用RO浓缩水与淡水(河水)的渗透压差进行浓度差发电研究。

在HFROM的技术创新方面,东丽公司、东洋纺公司、Daicen膜系统公司和神户大学院合作,开展高效大型分离膜元件的研发,东丽还研发利用反渗透膜的低环境负荷海水淡化法,东洋纺则研发高透水性、低压CTA(三醋酸纤维素)HFROM和元件两端开口型的HFROM海水淡化元件,日立制作所开发面向大型工程的大规模海水淡化厂的低压多段(2段)高收率RO系统。山口大学还研究用聚酰胺系RO膜和纳米纤维膜高效去除亚砷酸(H3AsO3)。总之,日本积极组织开发21世纪大规模水处理系统即兆吨级水处理系统,在这些方面我国与日本尚有较大差距。

(2)中空纤维正渗透膜(HFFOM)

所谓FO膜法,是利用具有高渗透压的驱动溶液(DS)来进行海水淡化,由于无需外压就可实现盐的分离,废水量少,又可实现浓盐水的直接排放,因此研发工作进展迅速,但目前尚需进一步开发超薄型耐腐蚀的HFFOM,使海水与溶剂能紧密接触提高渗透压,以高效阻防盐分和杂质。

日本山口大学院和神户学院大学共同开发了CTA中空纤维膜的正渗特性的新评价法,目的是进一步解析HFFOM的水透过特性。神户大学为实现高效生物质发酵法,开展了浓缩木糖的正渗透膜法的研究,结论是:低能耗的浓度法,即通过利用适当的驱动液由预水解溶液浓缩木糖的FO膜法是可以实现的。


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