海水淡化预处理大尺寸聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维超滤膜组件的开发

1、海水淡化预处理大尺寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件的开发一、可行性报告（一）立项的背景和意义耐污染、耐酸碱、抗氧化、高强度超滤膜组件是美、日等发达国家重点发展的领域之一，已投入大量资金进行开发，并取得了突破性进展。目前已在海水淡化预处理、苦咸水淡化预处理、微污染地表水预处理、城市中水回用、工业废水处理等领域推广应用，这些产品具有强度高，能承受频繁气液冲洗再生；耐氧化，便于化学清洗再生；耐污染和出水水质稳定等特点，且具有投资省、操作费用低、节能等优点，可替代或部分替代传统水处理技术，是目前国际上最先进的膜技术。随着超滤膜组件的应用日益广泛，市场对大尺寸中空纤维超滤膜组件的需求越来越多。

2、聚偏氟乙烯（pvdf）是由偏氟乙烯单体均聚或共聚得到的含氟多功能材料，由于氟碳链的结合能高，pvdf具有优良的化学稳定性、机械力学性能和耐候性，是一种综合性能较好且被广泛使用的膜材料，可用于制备微滤、超滤和渗透汽化分离膜。本项目旨在研究开发具有我国自主知识产权的产水量大，清洗效果好的新一代大尺寸双端出水外压式聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件。该膜组件具有超低运行压力、高强度、高抗污染性、高膜通量、更宽的水质适用范围，且产水量稳定、水质优良，可取代砂滤、活性炭等传统过滤方式，可广泛应用于海水淡化预处理、反渗透预处理、市政供水、直饮水、中水回用、工业废水处理等领域，对发展我国膜产业，解决我

3、国资源性缺水和水质性缺水具有重要意义。（二）国内外研究现状和发展趋势1、国外研究现状国外对超滤膜技术的研究始于二十世纪六十年代，随着膜组件制作技术的不断完善，膜组件性能的不断提高和成本的降低，该项技术于二十世纪七十年中、后期得到迅速发展。早期开发的超滤膜组件通常只应用于经过预处理的低浊水的后处理、各种工艺给水系统的终端过滤及特种分离过程。进入二十世纪九十年代，随着市场需求的增加和市场前景的拓展，美、日等发达国家中的一些科研院所和公司投入大量资金研究开发了以中空纤维膜为主体的连续微滤和超滤膜组件及工艺技术，具有强度高，能承受频繁气液冲洗再生；耐氧化，便于化学清洗再生；耐污染和出水水质稳定等特点，

4、且具有投资省、操作费用低、节能等优点，可取代传统水处理过程。目前，超滤和微滤（uf/mf）在国际上是最重要的膜过程。超滤膜与微滤膜占美、日、欧洲整个膜市场份额的5060 %，2005年uf/mf相关设备的销售额达到13.67亿美元，若加上相关工程则接近50亿美元，年增长率9%，而在废水处理领域的增长率达到11%。它们广泛用于化工过程的分离与精制，废水净化处理并回收有用成分，工业废水零排放，活性污泥膜法废（污）水处理回用（膜生物反应器，mbr）等。随着工业的发展，水质污染情况日益严重，人们对水处理的要求越来越高，有越来越多的企业选择超滤来进行水处理。超滤是截止到目前为止作为反渗透（ro）系统预处

5、理最有效的方法，除此之外，超滤还被用作直接处理市政饮用水、污水、中水回用、食品等多个领域。在国外，超滤主要应用于饮用水处理，已经有很多自来水厂应用超滤技术生产自来水。超滤膜的材质主要为聚砜（psu）、聚丙烯腈（pan）、聚醚砜（pes）、聚偏氟乙烯（pvdf）、聚氯乙烯（pvc）等。此外无机陶瓷也可制作超滤膜和微滤膜。 中空纤维超滤膜的工作模式主要有外压式过滤和内压式过滤。外压式过滤是指原水从中空膜丝外侧经滤膜管壁过滤，形成透过液，从中空膜丝内侧流出。到目前为止，国外的外压式超滤膜产品大多为6英寸单端出水中空纤维超滤膜组件，即采用在膜组件下端设置气液进口，上侧口为浓缩液排出口，上端口膜丝开孔出

6、滤过液的方式。并且组件的长度较长，一般为1.52米。这种膜丝单端出水的方式对膜组件的产水量影响较大，试验结果表明，当膜丝长度大于1.5米时，膜丝长度效应显著，如当膜丝内径为0.6 mm、长度为1.8米时，双端出水膜组件的产水量约比单端出水膜组件的产水量高出50100 %。2、国内研究现状我国从七十年代初开始研究超滤膜，最先开发的是管式醋酸纤维素超滤膜，并在电泳漆行业中得到应用。八十年代初开始研究聚砜中空纤维膜和组件，开发了一些高通量，高截留性能的中空纤维膜和组件，并在电泳漆、酶制品、饮料、食品、饮用水净化，医药等领域都有较广泛的应用，并取得了显著的经济和社会效益。2005年国内超滤和微滤（uf

7、/mf）膜和膜过程的总产值约为9亿元，uf/mf工程的合同金额达到25亿人民币，涉及生化制药、mbr、电厂水净化、钢厂冷却水净化等。年增长率三年来均保持在1620 %。在国内，超滤主要用于工业领域的废水处理、回用，作为反渗透（ro）的预处理。目前在国内水工业市场，超滤技术已在电力、钢铁、化工等工业废水处理领域得到较多应用。但与国外先进水平相比，我国在超滤膜组件的研究开发上的差距主要为技术水平低、膜品种少、产业规模小、应用领域窄、行业管理薄弱，只能在一些要求不高的场合下应用。目前国内市场大型政府工程的超滤膜主要是国外的品牌占据主要的市场分额，价格高、质量有保障、有一定的品牌效应。就超滤膜的材质而

8、言，聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜有优良的抗膜污染能力，通量大，强度高，使用寿命长，是目前国内外超滤膜研究和发展的热点。到目前为止，国内市场上的外压式pvdf中空纤维超滤膜产品大多为6英寸单端出水中空纤维超滤膜组件，也有8英寸单端出水中空纤维超滤膜组件；部分外压式pvdf中空纤维超滤膜产品还采用了双向流（twf）技术，即通过阀门切换，原液和回流浓缩液的方向进行倒换。但聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜丝的持久抗膜污染能力和聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件的稳定高膜通量是亟待解决的技术难关和市场的迫切需要。因此研究开发具有超低运行压力、高强度、高抗污染性、高膜通量、更宽的水质适用

9、范围，且产水量稳定、水质优良性质，双端出水的大尺寸外压式聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件及其相应的使用工艺方法，是今后中空纤维膜和组件技术研究开发的主要方向。并且市场需求迫切，潜力巨大。3、发展趋势随着人口急速增加，工商业迅速发展，水资源污染状况日益加剧，淡水需求量快速增加。反渗透(ro)海水淡化作为解决淡水资源危机的有效途径之一 ，已经在许多国家和地区得到了广泛的应用。浙江是一个水资源短缺大省，又是一个水资源利用率居高不下的用水大省。浙江众多海岛地区明显缺水。浙江省海水利用产业主要体现在海水淡化方面，目前已形成较好的产业基础。预测到2010年，浙江省的海水直接利用量达到40亿立方米/

10、年50亿立方米/年，海水淡化规模达到日产超过25万吨30万吨。在反渗透海水淡化工程中，预处理是一个必不可少的步骤，也是最关键的技术之一。预处理的目的是除去原水中的悬浮固体、微生物和细菌，调节进水ph值和水温，防止金属氧化物和微溶盐的沉淀，使进水达到反渗透进水要求。超滤作为一种新型的反渗透海水淡化预处理方式，与常规预处理相比，具有设计易于标准化、操作易于自动化、无需连续投入化学药剂、可降低能耗和人力等优点。超滤可取代传统的加次氯酸钠杀菌、凝聚、澄清、过滤等步骤。由于超滤出水水质好，用超滤作为预处理，可以提高反渗透膜元件的设计流量，延长反渗透膜元件清洗间隔时间，降低其清洗强度和清洗难度，延长反渗透

11、膜元件的使用寿命。因此，在反渗透(ro)海水淡化预处理中采用综合性能优异的大尺寸中空纤维超滤膜组件替代传统的处理工艺和设备是今后发展的必然趋势。随着经济社会发展，大规模废水处理工程将越来越多，为超滤膜技术开辟了广阔的市场空间。同时根据水利部21世纪中国水供求分析， 2010年后我国将开始进入严重的缺水期，而水质污染也逐渐成为我国城市安全供水的最大障碍。城市生活污水处理和中水回用将成为解决未来城市水资源危机的有效途径之一。因此超滤膜技术在未来市政污水处理市场将会具有广阔的市场空间。 （三）主要研究开发内容、技术关键及主要创新点本项目以进口聚偏氟乙烯（pvdf）为原料，采用溶液相转移纺丝工艺以及多

12、孔纺丝技术，研究开发用于海水淡化预处理的产水量大，清洗效果好，双端出水的外压式大尺寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件。具有超低运行压力、高强度、高抗污染性、高膜通量、更宽的水质适用范围，且产水量稳定、水质优良。本项目拟对制备聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜及组件的关键技术实施重大突破，达到3000支/年8英寸组件的生产能力。具体研究开发内容如下： 高性能聚偏氟乙烯合金中空纤维超滤膜及组件制备工艺研究1、共混体系的物料组成与膜性能的研究（1）高分子成膜材料的性能及共混配比对膜性能的影响；（2）高分子成膜材料共混物总浓度对膜性能的影响；（3）添加剂种类对膜性能的影响；（4）添加剂用量对膜性能的影响

13、。2、纺丝工艺参数与膜性能的研究（1）9孔纺丝技术的研究与开发。（2）纺丝温度、速度及凝固条件的优化；（3）溶液相转移纺丝设备的改进与优化。3、大尺寸聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜组件的关键技术研究（1）膜组件结构设计与制造技术；（2）粘接密封技术的配方、工艺。 主要关键技术1、9孔纺丝技术。到目前为止，国内最多采用6孔纺丝，而9孔纺丝比6孔纺丝更高效。2、超低运行压力、高强度、高抗污染性、高膜通量聚偏氟乙烯（pvdf）合金中空纤维超滤膜丝制造技术。3、8英寸双端出水的外压式聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜组件的结构设计及制造技术，包括实现气液均匀分布的技术以及大尺寸离心浇铸技术等关键技术。4、连续超滤膜过

14、滤的工艺和膜清洗技术。 主要创新点1、持久亲水性的聚偏氟乙烯（pvdf）合金中空纤维超滤膜丝。2、9孔纺丝技术。3、双端出水、产水量大的外压式大尺寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件。4、含气液分配件、气液分布均匀的中空纤维超滤膜组件。5、高效的膜清洗技术，能够对膜组件更为彻底的清洗，延长膜组件的使用寿命。（四）预期目标1、项目预期目标该项目通过攻关，预期对制备聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜及组件的关键技术实施重大突破，研究开发出1-2种具有自主知识产权的用于海水淡化预处理的产水量大，清洗效果好，外压式大尺寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件，建立起3000支/年8英寸组件生产能力的生产

15、线，完成双端出水的外压式大尺寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件的推广应用和示范工程。该项目预期达到3000支/年8英寸组件的生产和销售能力，产生300万元（人民币）/年的净利润，并创造30个就业岗位。预期申请发明专利2项，发表论文2篇。2、主要技术指标大尺寸聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜组件考核指标：海水淡化预处理产水量(8英寸组件)：6 m3/支h（25 ，0.1 mpa）操作压力：0.3mpa产水污染指数（sdi值）2（五）实施方案、技术路线、组织方式与课题分解在对成膜材料进行系统研究开发的基础上，通过溶液相转移纺丝工艺设备的改进与优化、膜组件结构设计与制造技术的研究和优化以及连续超滤膜

16、过滤的工艺和膜清洗技术的优化与应用等工作，完成本项目的实施。其中中空纤维超滤膜及组件的制备工艺技术路线如下：纺丝工段成品入库检测补漏检测水洗存放，固化浇铸端头脱模，切头浇铸膜组件外壳粘接，浇铸模具清理，准备浇铸配制环氧树脂纤维整理准备浇铸纤维干燥甘油处理水洗定量切割绕丝机卷绕凝固浴水槽纺丝芯液罐纺丝喷头纺丝过滤器纺丝釜，脱泡溶解过滤器搅拌、溶解釜（六）计划进度安排课题工作安排到2011年5月完成。2009年6月2009年12月资料收集、成膜材料的筛选、组件结构设计、纺丝设备的改造和连续超滤膜过滤的工艺设计；2010年1月2010年6月9孔纺丝技术的研究与开发、聚偏氟乙烯（pvdf）合金中空纤维

17、超滤膜的生产、8英寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤组件的模具加工；2010年7月2010年12月环氧胶的配方试验、大尺寸离心浇铸技术的研究与开发、8英寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤组件的制造；外压式大尺寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件的推广应用和示范；2011年1月2011年5月双端出水的外压式大尺寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件的推广应用和示范；整理研究材料，提交验收（鉴定）。（七）现有工作基础和条件项目申请单位是国内最早从事膜分离技术研究和开发的单位之一。在膜材料的研究和开发、膜组件的制造、膜技术的应用等方面都处于国内领先地位，具有自行设计研制的膜和膜组件制造

18、设备，在膜技术应用工艺的开发、设计和优化，新工艺的示范和推广应用等方面均具有很强的实力。因而具有良好的科研条件和研究开发基础。项目申请单位生产的4英寸、6英寸、8英寸聚砜中空纤维超滤膜组件在国内超滤膜市场上占有一定份额，并根据市场的需要在不断扩大膜品种，提高膜性能，取得了较好的结果。前期的这些工作，为双端出水的外压式大尺寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件的研究和开发，打下了良好的基础。二、经费概算附表：省级科技计划项目经费概算表项目名称：海水淡化预处理大尺寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件的开发 金额单位： 万元 序号概算科目名称合计省财政拨款经费地方部门配套经费自筹经费（1）

19、（2）（3）（4）（5）1一、经费支出（合计）40010030021、设备费140291113（1）购置设备费9014764（2）试制设备费5015355（3）设备租赁费62、材料费1853914673、测试化验加工费2882084、燃料动力费5595、差旅费1010106、会议费1010117、合作、协作研究与交流费55128、出版/文献/信息传播/知识产权事务费33139、人员劳务费331410、专家咨询费331511、管理费881612、其他开支1二、经费来源（合计）40021、申请省财政经费10032、地方、部门配套拨款43、自筹经费3005（1）单位自有货币资金6（2）其他资金省财政

20、科技经费拨付进度申请第1年第2年第3年金 额6040比例（）60 %40 %注：支出概算按照经费开支范围确定的支出科目和不同经费来源编列，同一支出科目一般不同时在财政拨款经费和自筹经费中概算。经费概算说明一、对承担单位和相关部门承诺提供的支撑条件进行说明。1、设备费（主要包括设备购置、试制费用）：140万元，其中省财政拨款经费29万元，自筹经费111万元。省财政拨款经费主要用于：双端出水的外压式大尺寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件的示范应用专用设备的购置费、膜及膜组件制备所需关键设备的试制费。自筹经费主要用于：聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜制备关键设备、膜组件制备关键设备、膜组

21、件的示范应用专用设备等的购置及试制费。2、材料费（主要为大宗材料以外的其它材料费用）：185万元，其中省财政拨款经费39万元，自筹经费146万元。省财政拨款经费主要用于：购买膜材料及膜组件制备所需原材料、化学原料、溶剂，示范应用所需材料。自筹经费主要用于：购买其它膜材料及膜组件制备所需原材料、化学原料、溶剂及分析测试所需的化学试剂等以及其它示范应用所需材料。3、测试化验加工费（主要包括膜和膜组件性能评价与表征等费用）：28万元，其中省财政拨款经费8万元，自筹经费20万元。省财政拨款经费主要用于：高精度制膜及膜组件设备加工费。自筹经费主要用于：聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜及膜组件性能测试

22、和评价费用等。4、燃料动力费（主要为完成该项目所需的水、电、气等）：5万元，其中自筹经费5万元。5、差旅费：10万元，其中自筹经费10万元。6、会议费：10万元，其中省财政拨款经费10万元。7、合作、协作研究与交流费：5万元，其中自筹经费5万元。8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费：3万元，其中自筹经费3万元。9、人员劳务费（主要包括临时聘用人员费用、现场示范费用等）：3万元，其中省财政拨款经费3万元。10、专家咨询费：3万元，其中省财政拨款经费3万元。11、项目管理费：8万元，其中省财政拨款经费8万元。二、对各科目支出的主要用途、与项目研究的相关性、概算方法、概算依据进行分析说明。1、设

23、备费本项目设备主要用于聚偏氟乙烯（pvdf）合金中空纤维超滤膜制备所需关键设备、聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件制备所需关键设备；双端出水的外压式大尺寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件的示范应用专用设备。具体费用主要包括关键膜及膜组件制备设备购置和试制费，示范应用专用设备的购置费等。共计140万元，其中省财政拨款经费29万元，自筹经费111万元。具体概算如下：（1）购置设备费：90万元（其中省财政拨款经费14万元，自筹经费76万元）；反应釜：11台1.2万元/台=13.2万元（自筹经费），聚偏氟乙烯（pvdf）合金中空纤维超滤膜制备所需关键设备；绕丝机：3套2.5万元/套=7.

24、5万元（自筹经费），膜制备所需关键设备；纺丝控制柜：3套1.8万元/套=5.4万元（自筹经费），膜制备所需关键设备；离心浇铸机：4套2万元/套=8万元（自筹经费），聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件制备所需关键设备；循环泵：2台3万元/台=6万元（省财政拨款经费），双端出水的外压式大尺寸聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜组件的示范应用专用设备；化学清洗泵：1台3万元/台=3万元（省财政拨款经费），示范应用专用设备；提升泵：3台1万元/台=3万元（省财政拨款经费），示范应用专用设备；加药泵：2台1万元/台=2万元（省财政拨款经费），示范应用专用设备；单价5万元以下设备购置费：41.9万元

25、（自筹经费），用于购置悬持输送带（3.2万元）、电动葫芦3套（1.8万元）、双螺杆空压机（4万元）、变频器4台（1万元）、除湿机（1万元）、工业显微镜（1.2万元）、电子单纱强力仪（2.8万元）、阿贝折光仪（1万元）、油泵（9只0.4万元/只=3.6万元）、水泵（8只0.3万元/只=2.4万元）等，其它膜及膜组件制备所需关键设备和其它示范应用专用设备；（2）试制设备费：50万元（其中省财政拨款经费15万元，自筹经费35万元）；不锈钢水池：6只5000元/只=3万元（省财政拨款经费），聚偏氟乙烯（pvdf）合金中空纤维超滤膜制备所需关键设备；组件开模具费：12万元（省财政拨款经费），聚偏氟乙烯（

26、pvdf）中空纤维超滤膜组件制备所需关键设备；单价5万元以下设备试制费：35万元（自筹经费），用于试制多孔喷丝头6个（1.5万元）、水过滤器6套（1.5万元）、浸丝桶10只（2万元）、浇铸控制柜3套（3万元）、不锈钢运丝车4辆（1万元）、外壳粘接工装（1万元）、装丝工装（2万元）、膜组件切削机（2万元）等，其它膜及膜组件制备所需关键设备；2、材料费本项目材料费主要用于购买膜材料及膜组件制备所需原材料、化学原料、溶剂及分析测试所需的化学试剂等，以及科研用损耗材料费用等。共计185万元，其中省财政拨款经费39万元，自筹经费146万元。具体概算如下：8英寸超滤膜组件外壳：1200套600元/套=72

27、万元（自筹经费），以制备1200支8英寸超滤膜组件计算；聚偏氟乙烯树脂：180元/公斤1.5吨=27万元（自筹经费），同上；环氧树脂354：175元/公斤1吨=17.5万元（自筹经费），同上；环氧树脂105固化剂：178元/公斤0.5吨=8.9万元（自筹经费），同上；聚乙烯吡咯烷酮：60元/公斤1吨=6万元（省财政拨款经费），同上；二甲基乙酰胺：13元/公斤12吨=15.6万元（省财政拨款经费），同上；丙二醇：16元/公斤2吨=3.2万元（省财政拨款经费），同上；甘油：10元/公斤2吨=2万元（省财政拨款经费），同上；环氧树脂618：38元/公斤2吨=7.6万元（省财政拨款经费），同上；管件阀

28、门：4.6万元（省财政拨款经费），示范应用所需材料；其它材料费用：20.6万元（自筹经费），用于购买土温-80（35元/公斤400公斤=1.4万元）、乳化剂op-10（50元/公斤100公斤=0.5万元）、电缆光缆（8万元）等，其它膜材料及膜组件制备所需原材料、化学原料、溶剂及分析测试所需的化学试剂等以及其它示范应用所需材料；3、测试化验加工费主要用于高精度制膜及膜组件设备加工费、聚偏氟乙烯（pvdf）中空纤维超滤膜及膜组件性能测试和评价费用等。共计28万元，其中省财政拨款经费8万元，自筹经费20万元。具体概算如下：泡点仪的加工：1万元（省财政拨款经费），高精度膜性能测试设备；单丝膜通量测试装置：1万元（省财政拨款经费），高精度膜性能测试设备；膜组件检漏系统的加工：6万元（省财政拨款经费），高精度膜组件性能测试设备；水质全分析：3000元/次80次=2.4万元（自筹经费）；其它测试化验加工费：17.6万元（自筹经费），主要包括其它常规测试与表征