水处理膜技术的发展现状及趋势

尚光旭，刘 媛，柴蔚舒

（中国环境保护产业协会，北京 100037）

水处理膜技术的发展现状及趋势

尚光旭，刘 媛，柴蔚舒

（中国环境保护产业协会，北京 100037）

论述了国内外水处理膜技术发展概况及国内水处理膜技术的应用现状，分析了水处理膜技术应用中存在的问题，提出了水处理膜技术发展的趋势，膜技术的创新发展主要包括膜性能的提高、膜材质和制造工艺的发展及膜应用技术的提高。

水处理；膜技术；发展趋势

目前，城镇生活污水和工业废水处理是我国水污染控制的重中之重，随着国家标准对污（废）水深度处理和资源化利用要求的日益提高，水处理膜技术的应用在污（废）水处理工程中将占据越来越重要的地位，绝大多数膜材料均应用于水处理，其未来的发展也将备受关注。当前，我国已是水处理膜技术应用最广泛的国家之一，膜技术在我国水处理行业的市场前景广阔。

1 水处理膜技术发展现状

1.1 国外水处理膜技术发展概况

发达国家的膜技术发展应用较我国早，已建立了覆盖各主要膜工艺产品的体系，膜产品和技术应用的成熟度也较高，同时，仍在紧跟市场需求不断开发应用一些新型膜材料和膜产品，进一步拓展市场份额。国外一些膜技术产品知名企业的情况基本可以反映国外水处理膜技术的发展概况，在中国市场容量庞大、需求强劲的背景下，这些企业大多早已布局并进入中国水处理市场，凭借其产品的先发优势及良好品质在我国水处理市场已占据了优势。

美国科氏公司（KOCH）发明了卷式超滤膜、中空纤维膜、纳滤膜和卷式反渗透膜等产品，目前已建立起全球范围内最完善的膜产品链，拥有各种类别和精度的膜产品。美国陶氏化学公司（DOW）发明了复合膜，并始终保持着复合膜技术世界领先的地位，其产品主打超滤膜和反渗透膜，反渗透膜性能优越，具有高脱盐率、高抗氧化性、低压力、低能耗和使用寿命长等优点，目前占据了全球50%以上的市场份额。美国海德能公司（HYDRANAUTICS）是世界上产品规格最多、生产规模最大、取得专利最多的卷式反渗透膜元件生产商，其在纯净水处理领域的日处理规模已超过19亿吨。美国通用公司（GE）也拥有系列成熟的膜产品和技术，覆盖微滤、超滤、纳滤和反渗透领域，尤其是其液体零排放技术占据了全球近90%的市场。日本东丽集团拥有先进的反渗透膜和超滤膜产品，其生产的中空纤维超滤膜产品不仅能保证高品质的出水，而且在抗污染和抗堵塞方面表现良好。近年来，日本东丽集团与中国蓝星集团合资开发了宽流道低压、抗污染反渗透膜元件新产品，产品性能卓越。日本旭化成化学公司也拥有先进的中空纤维膜技术产品。此外，荷兰IMT创新膜技术公司的新型七孔超滤膜技术、奥地利瓦巴格公司的膜生物反应器技术和反渗透膜技术、三菱丽阳的聚乙烯中空纤维膜技术等都表现良好，均已在水处理工程中得到广泛应用。

1.2 国内水处理膜技术发展概况

近十几年来，国内水处理膜技术产品的发展也很迅速，目前也已形成了一批拥有先进膜技术产品的企业，并且各有特色，主打产品呈明显差异化竞争局面。如北京赛诺膜技术有限公司及杭州洁弗膜技术有限公司的中空纤维膜、上海斯纳普膜分离科技有限公司用于膜生物反应器的平板膜、山东工业陶瓷研究设计院有限公司的膜生物反应器中空平板式陶瓷膜、上海佳尼特膜科技有限公司的反渗透膜、北京时代沃顿科技有限公司的复合反渗透膜等代表了国内膜技术发展的最高水平。

与此同时，我国在膜制备技术方面也取得了突破，首创的PVC合金中空纤维膜技术填补了国际空白。国内企业还攻克了热致相分离法制备聚偏氟乙烯中空纤维膜工艺，突破了国外的技术封锁。我国的反渗透膜制备技术已达到世界先进水平，反渗透膜脱盐率达99.7%，国内市场占有率也达12%。但相较国外高端反渗透膜产品仍存在差距，核心在于膜制造工艺水平的差距。时代沃顿自主研发的抗氧化膜与抗污染膜攻克了长期以来反渗透膜有机和生物污染的难题，促进了反渗透膜在药物提纯、无菌饮用水等领域的推广应用。我国也已有部分超滤膜产品性能达到国际先进水平，可替代进口膜，国内多家企业如中国蓝星集团、北京时代沃顿科技有限公司、天津膜天膜科技股份有限公司等，都已能够生产高性能超滤膜，这类超滤膜已成功应用于许多国内项目。此外，山东工业陶瓷研究设计院有限公司研发生产的膜生物反应器中空平板式陶瓷膜抗污染性好、易于清洗再生、使用寿命长、化学稳定性好、机械强度高，可有效解决现有中空纤维膜、有机平板膜在工程应用中存在的使用寿命短、易受酸碱腐蚀等问题。

随着膜技术的逐步发展成熟和水污染治理不断提标升级，国内水处理行业对膜技术的需求将越来越大。预计“十三五”期间，膜技术的应用范围将会越来越广，不仅应用于城镇污水和工业废水回用处理，而且会更多地应用于难生物降解有机污染物和重金属污染物的分离处理，膜技术将成为工业废水“零”排放或低排放的基本手段，预计国内采用膜技术的水处理工程将以每年20%的速度快速增长。

2 国内水处理膜技术应用现状

膜技术在水处理行业中主要应用于生活污水和各类工业废水的处理、回用、资源回收以及工业生产所需的软化水、纯水、超纯水的制备，如市政污水处理及回用、纺织染整工业废水处理及回用、电镀废水“零”排放、海水淡化等。国内应用于水处理的膜技术主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等工艺，以及这几种技术的组合（如双膜法、全膜法等）或这几种技术与其他技术的组合（如膜生物反应器等）。微滤、超滤、纳滤和反渗透工艺的应用已较为成熟，超滤膜和微滤膜在国内膜市场占有率在50%以上，纳滤应用也较为广泛，反渗透膜对COD、盐类物质处理的效果很好，主要用于高含盐废水处理、海水淡化等。此外，目前国内很多工业行业追求达到废水“零”排放，而废水“零”排放的核心要求是实现深度脱盐，反渗透技术处理含盐量高的污水具有绝对优势，反渗透工艺在目前污（废）水处理中也占据着核心地位。

近年来，随着国家对污（废）水中有机污染物的去除率要求越来越高，膜生物反应器、双膜法、全膜法等集成膜分离技术也得到越来越多的应用。采用集成膜分离技术处理如电镀、印染、皮革、酿造、焦化等行业的难处理工业废水已成为业界共识。

膜生物反应器将膜技术与传统生物处理工艺有机结合，较传统生物处理工艺有明显优势：产出污泥浓度、容积负荷远高于传统活性污泥法，有机物去除率高；硝化能力强，氮、磷去除率较高；出水可直接作为中水回用，回用率达60%以上；基本解决了污泥膨胀问题，较传统活性污泥工艺剩余污泥产量少，大大降低了剩余污泥处置费用。在北方缺水地区及全国COD总量控制重点区域，采用膜生物反应器处理城市生活污水，能充分发挥其污泥浓度高、处理效果好、出水回用、剩余污泥少等特点，应用前景广阔。我国兼氧型膜生物反应器已达到国际先进水平。此外，为解决膜生物反应器在污水回用处理中存在的膜污染及运行费用高等问题，近年来出现了许多新型膜生物反应器，如高截留膜生物反应器、斜板膜生物反应器等，这些新型膜生物反应器具有能耗低、出水水质好等特点，在污水回用领域已受到广泛关注。

双膜法工艺是将超滤或微滤、纳滤与反渗透工艺联合使用（如UF+RO或MF+RO或NF+RO）的水处理工艺，可显著改善反渗透进水水质和通量、延长反渗透膜清洗周期和使用寿命，同时因其深度脱盐的高效性，其在市政污水回用及工业废水“零”排放、回用领域中得到迅速推广应用。

全膜法工艺是将微滤、超滤、反渗透、电除盐等不同工艺有机组合，高效去除污染物、深度脱盐的工艺。随着各类膜技术的快速发展，全膜法工艺也逐渐成熟，应用也越来越多。全膜法对水质的适应性很强，应用领域广泛，避免了脱盐工艺使用酸碱所带来的酸碱污染排放，安全性高，水回收率高。国内许多电子产品生产企业使用全膜法制备超纯水，虽然全膜法前期建设投入较多，但若综合考虑后续运行费用的缩减，其仍有明显的经济和环境效益。

膜生物反应器与双膜法组合工艺（MBR+NF+RO）是近年发展应用较快的一种组合工艺，虽工艺流程简单，但污染物削减能力较强，应用于垃圾渗滤液处理可取得良好效果，目前国内已有很多采用该工艺的垃圾渗滤液处理工程。

3 我国水处理膜技术应用中存在的问题

（1）我国膜材料的制造工艺水平与发达国家相比仍有很大差距，高端膜材料制造的核心工艺仍掌握在国外大型膜企业手中；国产膜品种和产业规模相对较小，在生产规模和产品品质上都无法与国外大企业竞争；在水处理行业占据核心地位的反渗透膜市场国外公司仍占明显优势。

（2）各类污（废）水水质复杂多变，膜的适应性有限，运行不够稳定，导致膜使用寿命不够长，工艺成本升高，阻碍了膜技术更快地推广应用。

（3）微生物繁殖及颗粒物吸附均会形成膜污染，逐渐堵塞膜孔、降低膜通量，致使膜清洗频次增多、清洗压力增大，进而缩短膜的使用寿命。

4 我国水处理膜技术的发展趋势

（1）提升膜材料制造工艺水平。通过科技创新提高膜材料制造工艺水平，研发制造高端膜材料，提高膜产品品质。热致相分离法制备聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜是膜制造工艺的发展方向之一；研发制造高性能化学纤维、超滤级有机物烧结膜、纳滤级陶瓷膜、纳滤级石英膜、纳滤级不锈钢膜和钛金属膜、抗油疏水膜、耐高温耐腐蚀等性能更好的膜材料是重要发展方向。

（2）提高膜性能。提高膜产品对工况变化的适应性，降低预处理要求，节省成本；提高膜产品的抗污染性能，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类污染物的堵塞；提高膜的有效孔径分布率、分离性能和理化稳定性，提高膜通量，降低运行能耗、延长膜使用寿命；提高膜的机械强度，使膜能耐高压反复清洗、耐生物膜等重物拉伸；研发制造脱盐率高、抗氧化性强、低压力、低能耗和使用寿命长的反渗透膜；研发制造性能优异的复合膜。

（3）提高膜技术应用水平。研发应用新型高效的生物法和膜法组合工艺，研发应用高效低耗的膜法浓水处理及资源化利用工艺；拓展各类膜技术在水处理领域中的应用范围，如应用微滤膜除盐及重金属，应用超滤膜分离大分子有机物，应用纳滤膜进行油水分离，用耐高温膜材料去除热水的固体粒子、盐并回收热能，用耐高浓度酸碱的有机膜回收和处理处置废酸液、废碱液等。

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