膜技术的发展及应用
Development and Application of Membrane Technology in Water Treatment
作者简介：钱伯章，男，1939年生，教授级高工，长期从事石油化工技术和经济信息调研传播工作。
作者单位：上海擎督信息科技公司。
膜分离技术作为一种先进的废水处理技术，利用膜对混合物中各组分的选择透过性能来分离、提纯和浓缩目的产物，可代替传统的蒸馏浓缩、高速离心分离、萃取、离子交换树脂吸附、生化处理中沉降等工艺，其应用范围广、操作方便、运行稳定可靠，在海水淡化、城市污水处理等很多领域已得到成功应用。
近年来，国内外普遍进行了以半透膜为分离介质的超滤（UF ）、反渗透（RO ）、纳滤（NF ）等废水处理回用工艺的研究。
膜过滤设备实际上是过滤设备的一种，但由于其采用的技术与传统的过滤设备有很大的差别，因此膜过滤设备常被单独划分为一类。由于膜过滤设备技术先进，将是各类水处理设施的优先考虑设备，其在工业领域有很大的市场容量，预计未来这类设备的销售额比重将继续增加。
现阶段，膜分离技术已被广泛应用于化工、能源、石油、医药、生物、环保、水处理等诸多领域，受到各国的高度重视。据预测，膜分离产业将在全球保持8%的增长率，在我国也有相当广阔的应用前景。2015年，我国膜市场需求可望超过200亿元，将占到世界总量的10% ～ 15%，并仍将以每
年20%的速度增长。
1.1 国外膜分离技术及产品的发展
作为世界领先的全膜法水处理解决方案供应商，美国GE （通用）公司已成为全球三大膜元件生产商之一，其膜产品涵盖了反渗透、纳滤、超滤和微滤领域。GE 的全膜法废水处理技术包括超滤/膜生物反应器、电去离子/电渗析、分离膜/纯水膜、标准整机，应用的领域涉及石化、钢铁、发电、制药等。GE 公司先进的膜技术，已成功应用在我国神华煤制油、燕山石化、长庆石化、天津泰达化工园、内蒙古亿利化学集团等企业，为北方缺水地区的水资源可持续利用和环境保护发挥了重要作用。该公司推出的ZeeWeed 膜生物反应器采用超滤膜技术，已经成功用于改善太湖水质，所生产的高品质出水可安全排入太湖并回用于工业、灌溉或蓄水层重灌。其加强型聚偏氟乙烯中空纤维膜确保了膜的长期使用，提供了最大的单位过滤面积。此外，GE 公司的零液体排放技术覆盖了全球90%的市场，实现了最大限度的水资源回用。
DOW Chemical （陶氏化学）公司反渗透膜目前占据全球50%以上的市场份额，具有高脱盐率、高抗氧
化性、使用寿命长达 5 年以上、低压力和低能耗等诸多优点。陶氏的膜技术包括超滤技术、连续电去离子除盐技术、反渗透膜等。
日本东丽集团的反渗透膜元件包括低压、超低压、抗污染、海水淡化等 4 个系列，能够从海水、地表水、工业废水或市政污水等各种水源获得满足各行业不同用途的水资
膜
分离技术是一种先进的废水处理技术。本文介绍了国内外膜分离技术的发展现状，一些主要生产商的先进技术和产品，通过对膜技术优缺点的分析，以及一些应用实例展望了膜技术在水处理领域的应用前景和方向。
Membrane is a novel technology for water treatment. This article introduced the development status quo of membrane technology at home and abroad, especially several cutting-edge products from some major producers. Based on the analysis of characteristics and some application examples, the author stated the developing trend of this technology.
文 | 钱伯章
Technical Textiles
源；中空纤维超滤膜材质为聚偏氟乙烯，在保证高品质出水的同时可确保膜不受污染和发生孔洞堵塞，可用于工业用水和海水淡化反渗透预处理、工业废水三级处理及回用等。东丽还与中国蓝星集团合资，开发出宽流道低压、抗污染反渗透膜元件新产品。
日本旭化成化学公司的MICROZA中空纤维膜技术被苏州高新区废水处理新技术示范工程采用。每天处理废水量约为1 700 t，完全能满足国家出台的关于“印刷制版、涂料、半导体等 3 个行业在申报设立工厂时，其工业废水处理循环再生率必须超过总耗水量的60%才能交付使用”的新规定。该废水循环利用工程采用日本旭化成化学公司研发的MICROZA技术。MICROZA是旭化成化学公司研制的采用特殊纤维制成的中空纤维膜，具有高透水性和耐久性，在化学、精密电子工业以及上下水道、食品、医疗、能源、环境保护等领域，被广泛运用于下水道和工厂废水的除浊、除菌以及再生利用。目前，国际上已经有500多个水处理设施采用了该技术，其中包括中国石油海南公司的废水循环利用工程以及2008年北京奥运会北京顺义奥林匹克水上公园项目。
此外，荷兰IMT创新膜技术公司的新一代七孔超滤膜技术，日本旭化成公司适用于高浊度污水处理的microza UNS-620A浸没式膜处理技术，奥地利瓦巴格公司用于工业用水和工业污水处理、海水及苦咸水除盐、污泥处理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，都已经在水处理领域得到广泛应用。
1.2 国内水处理膜技术的发展
近年来，国内水处理膜技术进步也很快，在一些领域已达到世界先进水平。如上海斯纳普分离科技公司用于膜生物反应器的平板膜技术、上海佳尼特膜科技公司的系列反渗透膜技术、杭州天创净水设备公司的膜分离工艺、北京时代沃顿科技公司的复合反渗透膜技术、杭州洁弗膜技术有限公司的中空纤维膜技术等，代表了国内膜技术领域发展的最新水平，也将为石化等工业用水处理和废水的回用提供全方位的技术支撑。
在膜制备方面也已取得了重大突破，其中反渗透膜制备技术已达到世界先进水平。国产反渗透膜脱盐率已达到99.7%，国内市场占有率达到12%。我国在全球范围内首创了PVC合金中空纤维膜技术，填补了国际空白，并成为饮用水深度处理的主流技术；攻克了热致相分离（TIPS）法制备聚偏氟乙烯中空纤维膜新工艺，突破了国外技术封锁，并将实现工业化生产。
目前，我国超滤膜已经有部分可以替代进口膜。中国蓝星、杭州水处理中心、北京时代沃顿、天津膜天膜、海南立升以及山东招金膜天等企业已能够生产高性能的超滤膜，并且在国内许多重大工程中成功应用；福建大拇指环保科技采用膜生物反应器实现了工业废水零排放；福建威士邦膜科技将膜生物反应器与反渗透工艺结合，对大型印染企业的印染废水二沉池出水进行深度处理，实现了印染废水的循环回用，项目在国内属首创；福州福龙膜科技和福州大学合作，制备变压器在线监测用新型油气分离膜气体采集装置，改变了我国电力行业油气分离膜长期依赖进口的局面。
南京工业大学膜科学技术研究所针对我国海水的水质特点，开发出蜂窝状和多通道海水淡化预处理陶瓷膜，处理量为150 t/d的陶瓷膜海水淡化预处理示范装置已在舟山运行。该校开发的无机陶瓷微滤膜、超滤膜具有易清洗再生的特点。加压海水进入陶瓷膜过滤单元后，经膜管壁上的微孔渗透出来，进水量与渗透出水量相等。这种陶瓷膜分离过程减轻了反渗透处理负担，提高了出水水质，能取代现有的反渗透海水淡化预处理工艺，提高海水的回收率。南京工业大学已进行处理量达1 000 t/d以上的陶瓷膜海水淡化预处理示范工程建设。
可以看出，当前膜技术已成为水处理行业的一支重要力量，我国90%以上的膜材料也用于水处理。然而，尽管水处理已进入“膜时代”，但不少专家指出：神奇的膜技术只有与传统工艺有机组合才能完善功能，迈过成本关。
城镇生活污水、工业污水是我国“十二五”环保工作的重中之重。《节能环保产业发展“十二五”规划》确定了未来5 年污水处理和固废处理的具体规模目标：到2015年全国新增污水日处理规模9 000万t，比“十一五”指标高出一倍，升级改造污水处理规模5 000万t。在技术路线选择上，膜技术是既定方向。
1.3 膜技术的应用特点
微滤、超滤、反渗透和电除盐是目前水处理领域中最常用的4 种膜分离技术，与传统混凝、澄清、过滤等技术相比具有诸多优势。我国水污染问题十分突出，污水成分复杂。在实际工程中，仅用传统技术往
往不能解决问题，使用掌握膜分离技术则有助于设计出形式多样、日臻完善的水处理系统。但同时有专家指出，在水处理中完全依靠膜技术，包括将超滤、微滤、反渗透、电去离子等不同膜工艺有机组合形成的全膜法水处理工艺，在生产中是很难实现的，药剂等的应用不可避免，例如难处理的焦化废水等还
需要生化处理。
水处理工艺发展趋势是新老技术的交叉、融合，从而实现扬长避短。有机废水成分复杂，浓度和盐分含量高，度和毒性大，有些还属于难生化降解的物质，特别是一些对人类健康危害极大的“三致”（致癌、致畸、致突变）有机污染物，因此仅靠单一的处理工艺是很难使出水达标排放的，必须对现有的工艺进行集成。
膜技术纵然优势明显，但也要辨证地看待：一方面它确实具有先进性；另一方面也应与其他技术融合，传统水处理工艺仍然大有用武之地。膜技术尽管应用条件比较苛刻，比如对水中的颗粒直径要求不大于 5 μm ，但是对含盐量高的污水处理最有优势，目前尚没有其他更好的办法处理高含盐污水。不过，膜法并不节水。污水处理是个系统工程，要采用系统的办法，没有万能的技术。多种处理技术各有优缺点，只有联合应用技术含量才更高，处理方案才更完善。
反渗透膜在水处理中占主导地位，理论上的水回收率在75%。从全国数百家用户的调研结果来看，实际运行中，脱盐水的成品水率仅为55% ～ 60%，40%以上的废水仅有很小一部分用于煤厂喷洒或做它用，大部分还是排掉的。有的用户为提高废水回用率，投资增加了一套反渗透装置将其回收，但仍有接近20%的浓废水被排放。目前企业污水实现零排放还没有更经济、适用的技术。如果用膜技术，每吨水的处理成本高达 7 元左右，经济性欠佳。
污水零排放要求高效去除污染物以及深度脱盐。针对膜技术存在的成本高、对水源水质要求高、系统运
行稳定性差等问题，膜技术要迈过经济关，需要与传统处理工艺结合，以解决好回用水的深度处理问题，实现水资源的循环利用。
2 膜技术在纺织废水治理中的应用实例
在整个纺织品生产过程中，从化纤原料的合成和加工，到纺织品的染、印花和后整理过程都有废水排放，只是每个工序废水排放量和污染物成分和含量有所不同。应用膜技术可实现废水循环回用，废水的循环利用也为纺织行业提供了可持续发展的道路。
2.1 膜技术处理印染废水
纺织印染行业传统的废水处理办法是生物法，处理效果差。利用膜法对印染废水进行深度处理后，完全可满足回用水要求，技术成熟可靠。
福建省石狮市锦尚集控区污水处理厂的印染废水经膜技术处理后废水回收率可达60%以上，水质达到自来水标
准。该厂已在与厦门绿创科技有限公司磋商，拟添加设备，升级污水处理能力。
该市伍堡、大堡、锦尚集控区企业在工业污水达标排放的基础上，利用膜法新技术对污水进行深度处理，
大力实施中水回用工程，逐步实现工业污水零排放，三大工业集控区污水日处理能力达22.5万t 以上。
2.2 染整废水自反洗滤器预处理与膜处理水回用系统
杭州水处理技术研究开发中心开发的3 000 m 3/d 染整废水深度处理回用系统曾获得AQUATECH CHINA 国际水展“MARKET ’S CHOICE ”最佳污水处理解决方案优胜奖。该系统采用自反洗滤器的预处理技术与膜处理的软化除盐处理技术相结合的组合工艺。处理工艺成熟，可确保回用水水质稳定达标，实现中水资源化利用。该回用系统设备自动化程度高，维护简单，无二次污染，较好地实现了染整中水的资源化。吨水回用成本仅为2.3元。
2.3 超滤加反渗透膜技术使氨纶中水回用
北京林业大学环境学院开发的膜技术废水回收利用装置可产出清澈透明的水质，这一技术已在浙江华峰氨纶股份有限公司的中水回用装置中应用。
华峰氨纶采用北京林业大学的超滤反渗透膜技术，启动中水深度处理废水零排放项目。该项目设计能力为2 000 t/d ，主要处理公司水处理后的排放水，其他补充水包括厂区雨水、冷却塔排水等，主要采用膜处理技术，主要技术工艺路线是：预处理→超滤→反渗透→氨氮脱除器→储水箱。
中水回用全套装置的中水回用技术具有两大特：一是回收率高，一般中水回用技术的水回收率在70%
～ 75%，而这套装置达到80% ～ 85%；二是氨氮经处理后含量可接近0，水质优于自来水。据了解，去除污水中的氨氮一直是困扰我国化工企业的一大难题，而华峰氨纶未经处理的污水氨氮含量在50 mg/L 左右。经过该技术处理后，污水中的氨氮含量可降到 1 mg/L ，远低于国家一级排放标准15 mg/L
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的标准。
据测算，华峰氨纶引进该项目后年节约用水近50万t，
减少废水排放约25万t，每年节省排污费等近15万元，年产
龙膜汽车膜生经济效益150多万元，估计 3 年可收回投资。
2.4 化纤工业空调冷却废水处理
根据化纤工业空调冷却废水的水质和对产品水的水
质要求，可采用RO技术处理回用废水。该工艺中采用氧化
剂杀菌和絮凝剂混凝过滤等预处理方法，去除废水中的悬
浮物、泥沙和有机物、油类、胶体等杂质，使水质达到膜法
工艺处理所要求的水质指标。将预处理过的废水送入原水
池，匀质后送入RO装置脱盐。为了防止脱盐过程中浓差极
化使硬度离子在膜组件内结垢，在进RO之前往废水中自动
计量注入特种阴垢剂及酸和还原剂等，并配有保安滤器进
行精密过滤工，再经过RO处理后，产品水的电导率不超过
80 μS/cm，pH值 7 ～ 8，总硬度不超过 2 mg/L（以CaO计），
可达到优质淋洗用水的水质指标。RO系统的设计年处理能
2012中国纺织学术年会论文征集
纺织工业在“十二五”关键阶段要实现由大变强的转变，产业结构调整需转向扩大知识和技术要素的投入、依靠科技第一生产力和人才第一资源为主的发展方式。为持续助力这一转变，中国纺织工程学会在中国科学技术协会、中国纺织工业联合会指导下，将于2012年10月22—24日在上海召开“2012中国纺织
学术年会”（第二届），为纺织业的学术与产业的无缝对接与资源转换搭建高端专业平台。本届学术年会的新亮点是“2012年中日纺织学术交流会”（第五届）将作为一个分会场，就纤维材料的研发与应用展开两国间的交流与合作，日本纤维学会将选送论文和选派专家参会。
去年召开的“2011中国纺织学术年会”是纺织行业的一次产业发展与学术力量系统对接的盛会，推出了1名学术大奖、8名学术带头人、15篇优秀论文，在海内外获得了巨大反响。继往开来，本届大会组委会仍将邀请来自世界各地的顶尖纺织专家和学者，跨行业、跨领域的科学家，深谙资本运作与电子商务的成功人士，以及来自海内外知名企业、贸易团体、商会的管理人士等共聚一堂，实现跨界思维共赢，合作集成创新的目标。中国纺织工程学会孙瑞哲理事长、中国工程院姚穆院士分别担任大会组织指导委员会主席和学术委员会主席。
大会将围绕新型纤维材料、节能减排与清洁生产技术、高性能复合材料及技术纺织品等热点，进行跨领域、跨学科的学术交流，展示科研成果，颁发学术大奖和学术带头人奖，为国内外高层次的纺织理论研究者、纺织科技工作者、纺织生产管理者和纺织技术产业化实施者的零距离接触提供互动空间。现诚挚地邀请您就相关内容投稿并参加此次会议。
一、论文征集范围
（1）纺织基础理论研究；（2）高仿真、差别化、功能性纤维材料；（3）天然纤维的改性研究；（4）
聚合物结构与分析；（5）聚合物的合成及在纺织工业的应用；（6）生物质纤维及其关联技术；（7）纤维资源循环利用技术；（8）新型纺纱方法及设备；（9）高性能、智能化的新型机织、针织、编织技术；（10）高效短流程前处理工艺；（11）节能节水型染、印花技术；（12）纺织品的复合功能后整理；（13）纺织用酶的研发及应用；（14）化学品资源循环利用技术；（15）各类高功能技术纺织品（含军用）；（16）技术纺织品非织造、机织、针织和编织成型工艺；（17）技术纺织品复合加工技术；（18）技术纺织品长效功能性整理和多功能复合整理；（19）环保低碳纺织专用机械与器材。
二、论文提交细则
（1）会议只接受原创首发稿，文责自负。
（2）论文可选用中文或英文书写，但参加“2012年中日纺织学术交流会”的交流论文只能用英文书写。论文的具体格式参见大会“会议征文”栏目。
（3）作者须在大会（）在线注册后提交Word格式的论文，会议秘书处会在收到论文后的3个工作日内用回复。如在1周内没有收到回复，请重新提交论文或与秘书处联系。
（4）论文投稿截止日期：2012年8月20日。
三、论文审评与奖励
论文评审将由大会学术委员会和组织指导委员会共同组织实施。会议将评出10 ～ 15篇优秀论文，按照新的“评审条例”和“实施细则”（见大会），将授予“陈维稷优秀论文奖”证书并给予现金奖励。其他通过审评的论文将被收录到《2012中国纺织学术年会论文集》中，另外从中遴选部分论文进行大会交流和壁报展示。
力为 5 × 106 m3，脱盐率不小于97%，水的回收率在70%以上，回收水的成本约为2.73元/m3。如RO回收空调冷却水工艺在30余家粘胶纤维生产厂应用，则每年可回收用于淋洗丝、生产优质丝的纯水 5 × 107 m3。
3 结语
近几年，我国膜技术的市场需求空前旺盛。“十一五”期间，我国在供水、污水处理、中水回用和排水等方面的总投资超过 1 万亿元，全国新建污水处理厂1 000多座。在水处理技术方面，膜分离技术是水资源再利用及保障水质最有效的解决途径，膜法水处理市场蕴含巨大商机。
总体来看，目前国产膜的品种还较少，产业规模也较小，水处理领域应用最广泛的反渗透膜市场主要被国外几家公司占据，国产膜在产业化规模、产品性能方面还无法与国外厂商相抗衡。我国膜产业发展必须通过科技创新使国产膜逐步替代进口膜材料。
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