挑戰(zhàn)水資源環(huán)境問題的最新反滲透膜技術(shù)

1、挑戰(zhàn)水資源環(huán)境問題的最新反滲透膜技術(shù)藍(lán)星東麗膜科技（北京）有限公司近年，對污水和廢水進(jìn)行再利用的技術(shù)領(lǐng)域里，反滲透法受到廣泛的關(guān)注。面對日益緊迫的環(huán)境壓力，節(jié)能減排成為可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，實(shí)踐證明，反滲透技術(shù)在污水回用深度處理方面已非常成熟。2009年，中國藍(lán)星從日本東麗引進(jìn)了居于世界領(lǐng)先水平的反滲透制膜和卷膜生產(chǎn)技術(shù)和裝備，合資成立了藍(lán)星東麗膜科技（北京）有限公司，專業(yè)生產(chǎn)適用于苦咸水、抗污染以及海水淡化三大系列的反滲透膜產(chǎn)品。憑著先進(jìn)的技術(shù)、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)以及優(yōu)異的產(chǎn)品性價比，我公司生產(chǎn)的反滲透膜產(chǎn)品不斷被客戶所認(rèn)可，市場占有率不斷提升，2012年藍(lán)星東麗的反滲透產(chǎn)品的中國大陸市場占有率已上

2、升至第二位，特別是在煤化工領(lǐng)域的純水制造和廢水回用方面，近年來已取得了市場占有率第一的地位。在生產(chǎn)方面，注重產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全，2011年同時取得了ISO9000、ISO14000、ISO18000“三標(biāo)一體”質(zhì)量體系認(rèn)證，2012年被中國石化聯(lián)合會和中國化工環(huán)保協(xié)會評為石油和化學(xué)工業(yè)環(huán)境保護(hù)、清潔生產(chǎn)重點(diǎn)支撐技術(shù)，2012年被北京市政府評定為高新技術(shù)企業(yè)。一、技術(shù)背景介紹增加與國外技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性比較由于反滲透系統(tǒng)本身是一個錯流濃縮的過程，在濃縮的過程中，各種膠體、生物、有機(jī)物等雜質(zhì)會不斷地沉積在膜的表面，造成污堵，另外，用戶在日常操作的過程中發(fā)現(xiàn)，反滲透技術(shù)會受制于很多不可預(yù)計(jì)的人為原因，包括

3、預(yù)處理設(shè)計(jì)的不合理性、操作管理的失誤或者化學(xué)品藥劑的錯誤添加，都會使反滲透系統(tǒng)造成不同程度的污堵，甚至不可逆轉(zhuǎn)的物理損傷，勢必導(dǎo)致反滲透系統(tǒng)的性能下降。在日常的故障診斷中我們也發(fā)現(xiàn)，不可預(yù)計(jì)的氧化劑泄露（如余氯等化學(xué)物質(zhì)）也是嚴(yán)重影響反滲透系統(tǒng)運(yùn)行狀況的主要原因之一。如上所述，無論是因?yàn)榭深A(yù)見的系統(tǒng)本身還是因?yàn)楦鞣N不可預(yù)見的人為因素，化學(xué)清洗或者化學(xué)品泄露對于反滲透膜元件所造成的化學(xué)性傷害都是我們無法回避的問題，所以，東麗最新的化學(xué)耐久性反滲透膜，即“拓夫TM”(TOUGHTM)膜已于2011年夏末正式推向市場。這款膜產(chǎn)品著重于高水平的化學(xué)耐久性，滿足了目前市場對化學(xué)清洗的強(qiáng)度（pH）和少量余

4、氯泄漏時膜元件的耐受性的需求，是一款更易操作、更長壽命、更高性能的反滲透膜元件，在復(fù)雜的運(yùn)行條件及未知的失誤操作條件下給用戶提供更多的便利和安心。二、新型膜片加工技術(shù)2.1 分子設(shè)計(jì)技術(shù)從圖1可以看出，通過分子設(shè)計(jì)之后的聚酰胺功能層，使分離層膜表面亞納米級細(xì)孔分布更均勻，開孔率更高，從而使拓夫TM反滲透膜達(dá)到脫鹽率高以及產(chǎn)水量大的優(yōu)異性能。圖1 分子設(shè)計(jì)技術(shù)圖解2.2 精密界面聚合技術(shù)反滲透膜的脫鹽功能層非常薄，只有200nm，其結(jié)構(gòu)與界面重合反應(yīng)精度有關(guān)。采用膜表面掃描熱力學(xué)測試對分離功能層的穩(wěn)定性進(jìn)行解析，發(fā)現(xiàn)功能層穩(wěn)定性和熱量值存在一定的關(guān)系。TOUGHTM膜通過精密界面聚合技術(shù)來控制分

5、離功能層的穩(wěn)定性，從而使膜擁有優(yōu)異的耐受酸堿和微量余氯的分離功能層。圖2 精密界面聚合技術(shù)圖解目前已擁有此兩項(xiàng)新技術(shù)的拓夫TM反滲透膜包括低壓苦咸水膜系列的4款產(chǎn)品以及抗污染膜系列的3款產(chǎn)品。新產(chǎn)品的具體型號和規(guī)格如下表所示。表1 藍(lán)星東麗拓夫TM(TOUGHTM)反滲透膜元件規(guī)格表膜元件型號標(biāo)準(zhǔn)脫鹽率%透過水量gpd(m3/d)有效膜面積ft2(m2)給水流道寬度(mil)低壓苦咸水膜TM720D-37099.810200(39)370(34)34TM720DA40099.811000(41.6)400(37)31TM720D-40099.811000(41.6)400(37)34TM720

6、D-44099.812100(45.8)440(41)28抗污染膜TML20D-37099.89500(36)370(34)34TML20DA40099.810200(39)400(37)31TML20D-40099.810200(39)400(37)34標(biāo)準(zhǔn)測試條件：2000mg/L NaCl，225psi，25，pH=7，回收率15%三、膜元件耐久性實(shí)驗(yàn)3.1 強(qiáng)酸、堿清洗試驗(yàn)以及強(qiáng)堿浸泡試驗(yàn)我們對藍(lán)星東麗新產(chǎn)品“拓夫TM”(TOUGHTM)膜進(jìn)行了系列、多次高強(qiáng)度清洗測試試驗(yàn)，分別用pH=13強(qiáng)堿溶液和pH=1強(qiáng)酸溶液對膜元件進(jìn)行化學(xué)清洗，此過程為一個周期，這個步驟重復(fù)30個周期，如果按

7、照每2個月清洗一次，相當(dāng)于5年的使用清洗次數(shù)。化學(xué)清洗周期完成后，對膜元件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測試，測試結(jié)果如圖3。產(chǎn)水量(m3/d) 圖3 “拓夫”膜30次循環(huán)的酸堿試驗(yàn)脫鹽率和產(chǎn)水量的變化注：清洗條件：25，pH=13，NaOH水溶液1hr循環(huán)+浸泡；pH=1，HCl水溶液1hr循環(huán)+浸泡，重復(fù)30個周期測試條件：2000mg/LNaCl水溶液，25，pH=7，1.55MPa，15%回收率 強(qiáng)堿浸泡試驗(yàn)是考慮到實(shí)際操作過程中，當(dāng)遇見較強(qiáng)的有機(jī)物、微生物污堵，正常的酸堿清洗無法達(dá)到預(yù)期的清洗效果，就會進(jìn)行堿強(qiáng)化清洗，使用強(qiáng)堿溶液浸泡反滲透膜元件過夜，第二天再采用純水沖洗膜元件，并恢復(fù)使用，這樣的清洗方式

8、也是對反滲透膜元件的嚴(yán)格考驗(yàn)，采用上述步驟反復(fù)進(jìn)行15次，每次強(qiáng)堿浸泡清洗后，對膜元件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測試，測試結(jié)果如圖4。 產(chǎn)水量(m3/d)圖4 “拓夫”膜強(qiáng)化強(qiáng)堿清洗試驗(yàn)脫鹽率和產(chǎn)水量的變化注：清洗條件：25，pH=13 ，NaOH水溶液16hr浸泡+8hr標(biāo)準(zhǔn)測試，重復(fù)15個循環(huán)，其中在第5、10、15周期分別進(jìn)行了一次酸洗，酸洗條件：pH=1 ，HCl水溶液循環(huán)1hr測試條件：2000mg/LNaCl水溶液，25，pH=7，1.55MPa，15%回收率3.2 余氯耐久性試驗(yàn)另外，對“拓夫TM”(TOUGHTM)膜元件進(jìn)行了余氯耐久性試驗(yàn)，將膜元件連續(xù)與含有余氯的水溶液接觸至1000ppm.h

9、r，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下圖5。產(chǎn)水量(m3/d)圖5 “拓夫”膜的氯耐久性試驗(yàn)脫鹽率和產(chǎn)水量的變化經(jīng)過30周期的酸堿清洗循環(huán)實(shí)驗(yàn)、15次的堿強(qiáng)化清洗實(shí)驗(yàn)以及余氯耐久性試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)東麗的新產(chǎn)品“拓夫TM”(TOUGHTM)膜表現(xiàn)出較好的特性，如下所示：保持穩(wěn)定的高脫鹽率：99.6%化學(xué)藥品耐受范圍：pH=1-13 進(jìn)水余氯濃度0.1ppm節(jié)能、低運(yùn)行成本四、應(yīng)用情況藍(lán)星東麗的拓夫TM反滲透膜自從2011年夏末推向市場以來，已經(jīng)有很多成功的應(yīng)用業(yè)績。4.1 北京某開發(fā)區(qū)污水回用原水：達(dá)到一級B排放標(biāo)準(zhǔn)的市政污水產(chǎn)水用途：電子工業(yè)高純水的原水預(yù)處理：濾布濾池+微濾系統(tǒng)規(guī)模：6140m3/h排列方式：（32:

10、16）6（單套）啟動時間：2012年7月其系統(tǒng)采用全膜法處理工藝，基本工藝流程如下：自2012年投運(yùn)以來，運(yùn)行情況良好，具體運(yùn)行數(shù)據(jù)如下：圖6 北京某開發(fā)區(qū)污水回用脫鹽率運(yùn)行數(shù)據(jù)從圖6可以看出，在運(yùn)行記錄的半年時間里，隨著水溫的逐步降低，系統(tǒng)的脫鹽率逐步提高，這是由于水溫降低，水的粘度增加的緣故。但不管怎樣，系統(tǒng)的脫鹽率一直穩(wěn)定在98%以上，表現(xiàn)出了“拓夫”反滲透膜優(yōu)異的脫鹽性能。圖7 北京某開發(fā)區(qū)污水回用產(chǎn)水量運(yùn)行數(shù)據(jù)通過對圖7的產(chǎn)水量運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，水量一直穩(wěn)定在140m3/h，達(dá)到了設(shè)計(jì)要去，體現(xiàn)出了“拓夫”反滲透膜穩(wěn)定的運(yùn)行性能。該系統(tǒng)自去年7月投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定，每天可為開發(fā)區(qū)節(jié)約2萬

11、噸寶貴的新鮮水資源，支撐了開發(fā)區(qū)的持續(xù)發(fā)展。4.2 山東某鋼廠原水：地下水和黃河水的混合水（950s/cm）預(yù)處理：超濾系統(tǒng)規(guī)模：4150t/h反滲透排列方式：（18:9）6（單套）啟動時間：2011年12月目前情況：從2011年年底運(yùn)行以來，系統(tǒng)脫鹽率一直維持在99%以上，運(yùn)行情況非常好，到目前為止還未進(jìn)行過清洗。具體數(shù)據(jù)如下：運(yùn)行天數(shù)產(chǎn)水量(m3/h)圖8 山東某鋼廠運(yùn)行數(shù)據(jù)4.3 河北某化工廠原水：黃河水（1000s/cm）預(yù)處理：多介質(zhì)+超濾+活性炭系統(tǒng)規(guī)模：60t/h反滲透排列方式：（7:4）6啟動時間：2011年9月目前情況：從2011年9月運(yùn)行以來，系統(tǒng)脫鹽率一直維持在98%以上

12、，運(yùn)行情況良好，到目前為止，運(yùn)行了6個月后進(jìn)行了第一次清洗。具體運(yùn)行數(shù)據(jù)以及清洗數(shù)據(jù)如下：運(yùn)行天數(shù)產(chǎn)水量(m3/h)圖9 河北某化工廠運(yùn)行數(shù)據(jù)清洗日期：2012年3月清洗方法：先堿后酸堿洗：pH=12，NaOH+EDTA，循環(huán)兩個小時，浸泡4小時；重復(fù)該過程兩次酸洗：pH=3，檸檬酸表2 河北某化工廠清洗前后數(shù)據(jù)進(jìn)水壓力(bar)段間壓力(bar)濃水壓力(bar)產(chǎn)水流量(m3/h)水溫()進(jìn)水電導(dǎo)(s/cm)產(chǎn)水電導(dǎo)(s/cm)系統(tǒng)脫鹽率(%)清洗前11.5109462610742098.1清洗后11109.2582810001798.34.4 藍(lán)星東麗拓夫產(chǎn)品在其它污水回用項(xiàng)目上的應(yīng)用業(yè)

13、績企業(yè)名稱項(xiàng)目所在地區(qū)產(chǎn)水規(guī)模（噸/天）水源類型膜元件型號投運(yùn)時間中石油慶陽煉油廠甘肅慶陽8,400煉化廢水TML20-4002009年11月中石油大慶煉油廠黑龍江大慶5,280煉化廢水TML20-4002013年2月中石油華北石化河北任丘4,320煉化廢水TML20-4002013年3月中石油獨(dú)山子石化乙烯廠新疆獨(dú)山子1,800煉化廢水TML20N-4002012年2月重慶卡貝樂重慶7,200化工廢水TML20-4002011年12月晉煤集團(tuán)煤化工河南開封21,600化工廢水TM720D-4002012年5月永鑫煤化工山西臨汾4,800化工廢水TM720D-4002012年5月陜化三期陜西渭南28,800煤化廢水TML20-4002013年1月神華寧煤烯烴寧夏銀川21,600煤化廢水TML20DA4002013年2月北京經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)路東二期北京亦莊20,000市政污水TML20D-3702012年7月酒泉鋼鐵甘肅酒泉21,600鋼鐵廢水TML20-4002012年7月凌鋼二期遼寧凌源24,000鋼鐵廢水TM720D-4002012年8月五、結(jié)語藍(lán)星東麗通過采用先進(jìn)的分子設(shè)計(jì)技術(shù)以及精密界面聚合技術(shù)開發(fā)的拓夫TM(TOUGHTM)膜，對原產(chǎn)品進(jìn)行了一次化學(xué)耐久性的升級。從所有的試驗(yàn)