水處理膜技術的發展現狀及趨勢

尚光旭，劉 媛，柴蔚舒

（中國環境保護產業協會，北京 100037）

水處理膜技術的發展現狀及趨勢

尚光旭，劉 媛，柴蔚舒

（中國環境保護產業協會，北京 100037）

論述了國內外水處理膜技術發展概況及國內水處理膜技術的應用現狀，分析了水處理膜技術應用中存在的問題，提出了水處理膜技術發展的趨勢，膜技術的創新發展主要包括膜性能的提高、膜材質和制造工藝的發展及膜應用技術的提高。

水處理；膜技術；發展趨勢

目前，城鎮生活污水和工業廢水處理是我國水污染控制的重中之重，隨著國家標準對污（廢）水深度處理和資源化利用要求的日益提高，水處理膜技術的應用在污（廢）水處理工程中將占據越來越重要的地位，絕大多數膜材料均應用于水處理，其未來的發展也將備受關注。當前，我國已是水處理膜技術應用最廣泛的國家之一，膜技術在我國水處理行業的市場前景廣闊。

1 水處理膜技術發展現狀

1.1 國外水處理膜技術發展概況

發達國家的膜技術發展應用較我國早，已建立了覆蓋各主要膜工藝產品的體系，膜產品和技術應用的成熟度也較高，同時，仍在緊跟市場需求不斷開發應用一些新型膜材料和膜產品，進一步拓展市場份額。國外一些膜技術產品知名企業的情況基本可以反映國外水處理膜技術的發展概況，在中國市場容量龐大、需求強勁的背景下，這些企業大多早已布局并進入中國水處理市場，憑借其產品的先發優勢及良好品質在我國水處理市場已占據了優勢。

美國科氏公司（KOCH）發明了卷式超濾膜、中空纖維膜、納濾膜和卷式反滲透膜等產品，目前已建立起全球范圍內最完善的膜產品鏈，擁有各種類別和精度的膜產品。美國陶氏化學公司（DOW）發明了復合膜，并始終保持著復合膜技術世界領先的地位，其產品主打超濾膜和反滲透膜，反滲透膜性能優越，具有高脫鹽率、高抗氧化性、低壓力、低能耗和使用壽命長等優點，目前占據了全球50%以上的市場份額。美國海德能公司（HYDRANAUTICS）是世界上產品規格最多、生產規模最大、取得專利最多的卷式反滲透膜元件生產商，其在純凈水處理領域的日處理規模已超過19億噸。美國通用公司（GE）也擁有系列成熟的膜產品和技術，覆蓋微濾、超濾、納濾和反滲透領域，尤其是其液體零排放技術占據了全球近90%的市場。日本東麗集團擁有先進的反滲透膜和超濾膜產品，其生產的中空纖維超濾膜產品不僅能保證高品質的出水，而且在抗污染和抗堵塞方面表現良好。近年來，日本東麗集團與中國藍星集團合資開發了寬流道低壓、抗污染反滲透膜元件新產品，產品性能卓越。日本旭化成化學公司也擁有先進的中空纖維膜技術產品。此外，荷蘭IMT創新膜技術公司的新型七孔超濾膜技術、奧地利瓦巴格公司的膜生物反應器技術和反滲透膜技術、三菱麗陽的聚乙烯中空纖維膜技術等都表現良好，均已在水處理工程中得到廣泛應用。

1.2 國內水處理膜技術發展概況

近十幾年來，國內水處理膜技術產品的發展也很迅速，目前也已形成了一批擁有先進膜技術產品的企業，并且各有特色，主打產品呈明顯差異化競爭局面。如北京賽諾膜技術有限公司及杭州潔弗膜技術有限公司的中空纖維膜、上海斯納普膜分離科技有限公司用于膜生物反應器的平板膜、山東工業陶瓷研究設計院有限公司的膜生物反應器中空平板式陶瓷膜、上海佳尼特膜科技有限公司的反滲透膜、北京時代沃頓科技有限公司的復合反滲透膜等代表了國內膜技術發展的最高水平。

與此同時，我國在膜制備技術方面也取得了突破，首創的PVC合金中空纖維膜技術填補了國際空白。國內企業還攻克了熱致相分離法制備聚偏氟乙烯中空纖維膜工藝，突破了國外的技術封鎖。我國的反滲透膜制備技術已達到世界先進水平，反滲透膜脫鹽率達99.7%，國內市場占有率也達12%。但相較國外高端反滲透膜產品仍存在差距，核心在于膜制造工藝水平的差距。時代沃頓自主研發的抗氧化膜與抗污染膜攻克了長期以來反滲透膜有機和生物污染的難題，促進了反滲透膜在藥物提純、無菌飲用水等領域的推廣應用。我國也已有部分超濾膜產品性能達到國際先進水平，可替代進口膜，國內多家企業如中國藍星集團、北京時代沃頓科技有限公司、天津膜天膜科技股份有限公司等，都已能夠生產高性能超濾膜，這類超濾膜已成功應用于許多國內項目。此外，山東工業陶瓷研究設計院有限公司研發生產的膜生物反應器中空平板式陶瓷膜抗污染性好、易于清洗再生、使用壽命長、化學穩定性好、機械強度高，可有效解決現有中空纖維膜、有機平板膜在工程應用中存在的使用壽命短、易受酸堿腐蝕等問題。

隨著膜技術的逐步發展成熟和水污染治理不斷提標升級，國內水處理行業對膜技術的需求將越來越大。預計“十三五”期間，膜技術的應用范圍將會越來越廣，不僅應用于城鎮污水和工業廢水回用處理，而且會更多地應用于難生物降解有機污染物和重金屬污染物的分離處理，膜技術將成為工業廢水“零”排放或低排放的基本手段，預計國內采用膜技術的水處理工程將以每年20%的速度快速增長。

2 國內水處理膜技術應用現狀

膜技術在水處理行業中主要應用于生活污水和各類工業廢水的處理、回用、資源回收以及工業生產所需的軟化水、純水、超純水的制備，如市政污水處理及回用、紡織染整工業廢水處理及回用、電鍍廢水“零”排放、海水淡化等。國內應用于水處理的膜技術主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透等工藝，以及這幾種技術的組合（如雙膜法、全膜法等）或這幾種技術與其他技術的組合（如膜生物反應器等）。微濾、超濾、納濾和反滲透工藝的應用已較為成熟，超濾膜和微濾膜在國內膜市場占有率在50%以上，納濾應用也較為廣泛，反滲透膜對COD、鹽類物質處理的效果很好，主要用于高含鹽廢水處理、海水淡化等。此外，目前國內很多工業行業追求達到廢水“零”排放，而廢水“零”排放的核心要求是實現深度脫鹽，反滲透技術處理含鹽量高的污水具有絕對優勢，反滲透工藝在目前污（廢）水處理中也占據著核心地位。

近年來，隨著國家對污（廢）水中有機污染物的去除率要求越來越高，膜生物反應器、雙膜法、全膜法等集成膜分離技術也得到越來越多的應用。采用集成膜分離技術處理如電鍍、印染、皮革、釀造、焦化等行業的難處理工業廢水已成為業界共識。

膜生物反應器將膜技術與傳統生物處理工藝有機結合，較傳統生物處理工藝有明顯優勢：產出污泥濃度、容積負荷遠高于傳統活性污泥法，有機物去除率高；硝化能力強，氮、磷去除率較高；出水可直接作為中水回用，回用率達60%以上；基本解決了污泥膨脹問題，較傳統活性污泥工藝剩余污泥產量少，大大降低了剩余污泥處置費用。在北方缺水地區及全國COD總量控制重點區域，采用膜生物反應器處理城市生活污水，能充分發揮其污泥濃度高、處理效果好、出水回用、剩余污泥少等特點，應用前景廣闊。我國兼氧型膜生物反應器已達到國際先進水平。此外，為解決膜生物反應器在污水回用處理中存在的膜污染及運行費用高等問題，近年來出現了許多新型膜生物反應器，如高截留膜生物反應器、斜板膜生物反應器等，這些新型膜生物反應器具有能耗低、出水水質好等特點，在污水回用領域已受到廣泛關注。

雙膜法工藝是將超濾或微濾、納濾與反滲透工藝聯合使用（如UF+RO或MF+RO或NF+RO）的水處理工藝，可顯著改善反滲透進水水質和通量、延長反滲透膜清洗周期和使用壽命，同時因其深度脫鹽的高效性，其在市政污水回用及工業廢水“零”排放、回用領域中得到迅速推廣應用。

全膜法工藝是將微濾、超濾、反滲透、電除鹽等不同工藝有機組合，高效去除污染物、深度脫鹽的工藝。隨著各類膜技術的快速發展，全膜法工藝也逐漸成熟，應用也越來越多。全膜法對水質的適應性很強，應用領域廣泛，避免了脫鹽工藝使用酸堿所帶來的酸堿污染排放，安全性高，水回收率高。國內許多電子產品生產企業使用全膜法制備超純水，雖然全膜法前期建設投入較多，但若綜合考慮后續運行費用的縮減，其仍有明顯的經濟和環境效益。

膜生物反應器與雙膜法組合工藝（MBR+NF+RO）是近年發展應用較快的一種組合工藝，雖工藝流程簡單，但污染物削減能力較強，應用于垃圾滲濾液處理可取得良好效果，目前國內已有很多采用該工藝的垃圾滲濾液處理工程。

3 我國水處理膜技術應用中存在的問題

（1）我國膜材料的制造工藝水平與發達國家相比仍有很大差距，高端膜材料制造的核心工藝仍掌握在國外大型膜企業手中；國產膜品種和產業規模相對較小，在生產規模和產品品質上都無法與國外大企業競爭；在水處理行業占據核心地位的反滲透膜市場國外公司仍占明顯優勢。

（2）各類污（廢）水水質復雜多變，膜的適應性有限，運行不夠穩定，導致膜使用壽命不夠長，工藝成本升高，阻礙了膜技術更快地推廣應用。

（3）微生物繁殖及顆粒物吸附均會形成膜污染，逐漸堵塞膜孔、降低膜通量，致使膜清洗頻次增多、清洗壓力增大，進而縮短膜的使用壽命。

4 我國水處理膜技術的發展趨勢

（1）提升膜材料制造工藝水平。通過科技創新提高膜材料制造工藝水平，研發制造高端膜材料，提高膜產品品質。熱致相分離法制備聚偏氟乙烯中空纖維超濾膜是膜制造工藝的發展方向之一；研發制造高性能化學纖維、超濾級有機物燒結膜、納濾級陶瓷膜、納濾級石英膜、納濾級不銹鋼膜和鈦金屬膜、抗油疏水膜、耐高溫耐腐蝕等性能更好的膜材料是重要發展方向。

（2）提高膜性能。提高膜產品對工況變化的適應性，降低預處理要求，節省成本；提高膜產品的抗污染性能，包括提高膜的抗微生物繁殖污染性能、抗吸附性污染物如石油類污染物的堵塞；提高膜的有效孔徑分布率、分離性能和理化穩定性，提高膜通量，降低運行能耗、延長膜使用壽命；提高膜的機械強度，使膜能耐高壓反復清洗、耐生物膜等重物拉伸；研發制造脫鹽率高、抗氧化性強、低壓力、低能耗和使用壽命長的反滲透膜；研發制造性能優異的復合膜。

（3）提高膜技術應用水平。研發應用新型高效的生物法和膜法組合工藝，研發應用高效低耗的膜法濃水處理及資源化利用工藝；拓展各類膜技術在水處理領域中的應用范圍，如應用微濾膜除鹽及重金屬，應用超濾膜分離大分子有機物，應用納濾膜進行油水分離，用耐高溫膜材料去除熱水的固體粒子、鹽并回收熱能，用耐高濃度酸堿的有機膜回收和處理處置廢酸液、廢堿液等。

Development Status and Trend of Membrane Technology for Water Treatment

SHANG Guang-xu, LIU Yuan, CHAI Wei-shu
(CAEPI, Beijing 100037, China)

The paper discusses the development situation of membrane technology for water treatment abroad and at home and application status of membrane technology for water treatment abroad and at home, analyzes the problems existed in the application of membrane technology for water treatment, puts forward the trend of membrane technology development for water treatment. The innovation development of membrane technology includes mainly the advance of membrane capability, the developments of membrane quality and membrane manufacture technology as well as the increase of membrane application technology.

water treatment; membrane technology; development trend

X703

A

1006-5377（2016）12-0054-03