海水淡化中空纤维反渗透膜需求量倍增_图文

1、第36卷第l期 2011年2月高科技鲜雏与应用HiTech Fiber&Application海水淡化中空纤维反渗透膜需求量倍增罗益锋(全国特种合成纤维信息中心,北京100028摘要:简述了海水淡化中空纤维反渗透(RO膜的发展历程,并重点介绍国内外以三醋酸纤维素为代表的中空纤维膜发展 情况,膜元件的结构特点和技术水平,以及它与卷式RO膜的竞争和市场增长情况。同时简要介绍海水淡化前处理用的中空 纤维超滤(UF和微滤(MF膜的发展概况。关键词:中空纤维;反渗透膜;海水淡化;发展概况中图分类号:TQ342.81文献标识码:A 文章编号:1007-9815(201101-0001-05The

2、Demands of Hollow Fiber RO Membranes for Desalinating sea water Are Increasing DoubleLUO Yifeng(National Specialty Synthetic Fiber Information Center,Beijing 100028ChinaAbstract:The development progress of hollow fiber reverse osmosis(ROmembranes were introduced briefly, and mainly illustrated the d

3、evelopments of cellulose triacetate hollow fiber membranes,structure characteristic and technicallevels of their modules.the competition with RO wound membranes and the growing market both at home&abroad.The pretreatment of sea water using hollow fiber ultrafitration(UF&microfiltration(MFmem

4、 branes were introduced.Key words:hollow fiber;reverse osmosis;seawater desalination;development genaral conditions作者简介:罗益锋(1937.,男,浙江宁波人,教授级高工,中心主任,高科技纤维与应用杂志主编,长期从事高科 技纤维的信息和技术研究,(电话010.51300807(电子信箱luoyifen9602163.toni。l辩植拜话与左用 *36卷中空纤维Ro膜的特点罔l为尔洋纺牛产的醋酸纤维豢-lI中纤维 RO膜元什的截而阿,罔2为毪兀件的纵断断罔, 这种复杂的I帆设计,表

5、面JJ上,义町通址氯消 檬剂注入RO乐统的技术,阻J.生物菌等阻塞物堵 塞中空纤维的膜孔,同时j皿过将数卣万根的r-卒 纤维川横向缠绕技术绕战兀件结构,因此,可降 低透过水的流动压损,获得均匀的水流。与卷式 膜扣比,中空纤维膜的表而g约为儿10倍.这是 ,'liRO元¨取得更好埔皋物潜在弈限的咒键冈索, 也就址说当进口水中音柯同样的堵寒物蠡l时,中 空纤维膜堵塞的几牢比卷式膜要小多了。冈L一 目1十i纤维RO元件截面目图2十i*堆R0膜R件纵断目最近,j、洋纺丌投, 种新型的 “Io】Iowsep”HU系列,兑牛产效率是普通元件 的 倍,|州此RO组件附设计只嵩半的元件数 邮

6、叮t而且对给定的产能所需的RO组什建筑物 审问也只需 r左右。这种最佳的设引和结构采 削了元什两端都开口的结构,即所1目的B O E结 构.如蚓3所jj。由r它沿纤维的;m山孔形成较l丑 的流距.冈此在巾卒纤维的压损ur减至最低。这 种独特的设计.使之比普通兀件的设计带来史大 的效率和更大的产最。圈4和图5分别示小两端开 (BO E的中空纤维膜和。端丌¨(sO E的 巾宅T维膜的海水流向与淡化效果示意崮。刚6和 图7备,科IIHU元件(B0E和HM元件(s0E 坐具体的示意l目。表1小出其规格和丰婴指标。L。嵩商菡蓝娑一 2。罕竺坐坚。掌“圈4B 0E结构*水%自与&m效果意

7、目 伫盏勰/#目3中ig维R0麒R件 目5s 0E镕目*m流自#*#皋目第1期罗益锋:海水淡化中空纤维反渗透膜需求量倍增.3.2国内外发展近况2.1东洋纺该公司的水处理是用中空纤维膜事业正加速向海外拓展,而且其方针和目标是参入中国市 场,特别是其主力产品RO膜正开展市场调研,以 探讨应用于渤海湾的可能性,并强化在北美大型 水净化声的经营活动。同时与库波达(夕水夕 公司共同研发低压的RO膜,以拓展在海外水资源 图6HU元件具体示意图贫乏地区的废水再利用市场。今后将以新加坡为 基地,拓展中国、印度和中东市场。如上所述,三醋酸纤维素中空纤维RO膜具有 耐高压和耐氯气的特性,因此其主要应用对象是 那些

8、相对高温的封闭性海域且有微生物明显繁殖 的阿拉伯沿海地区的海域,而这次中国市场调查 的结果,认为在渤海湾封闭性海域中,天津和唐 山等附近的工业带,由于常年有废水流入海中, 造成海洋污染的明显激增,因此RO膜将有用武之图7删元件具体示意图表1东洋纺的中空纤维R0膜元件的规格和主要指标型号产品骠。:铲,除盐引詈勒“操作条件进口水质量压力(最大/MPa温度/ 笼严苔r一(SDI,5最大-酽残余氯” /(meIHUl0255HJ9155HB9155HLl0155HBl0155H一1015595341547.53122.5996(99.8”99.6(998”99.6(998”996(998” 996(9

9、98”99.6(998”6.868.238.236.865405柏5405柏 5 54075350251201517535050220501504.04.04.04.0383838383838HM9155175(嚣毒。686540251204.o 3810组件尺寸型号元件数容器尺寸/me外径内径 长度质量(充满水/kg连接物元件尺寸/me供水海水产品外径长度HUl0255HJ9155HB9155HLl0155HBl0155H_101552782 2柏216472019631498约530约150约100VIctauIi03VictauI ic3VictauIIclNPTl NPT3/4NPTl

10、 忡T3/4NPTl/2NPT3/41078131350HM91552401230注:1以供水35000mg/L Nac I.539MPa,25和30%回收率作为操作基础。2阻盐率确定产品的质量,是按以下公式在东洋纺的标准条件下测定的,卜(产品水中的盐浓度/(进料水中的盐浓度×100。3阻盐率确定产品的质量,是按以下公式在螺旋缠绕的膜条件下测定的,I卜(产品水中的盐浓度/(供水中的盐浓度+海水中的盐浓度/2l X100。¨海水的流速范围受进水质量和温度的限制。 5pH和残余氯受供水质量和温度的限制。OOOOOji高科拉鲜维与应用 第36卷地。此外,2009年2月起在名古屋市

11、的守山水处理 中心,东洋纺与库波达公司共同研究废水再利用, 开发了能降低工厂能耗的低压RO膜,它适用于中 国为首的海外水资源贫乏地区和国家,今后将早日 推进其实用化。在业绩最大的中东地区,该公司的RO膜正以 年增长率10%的市场需求扩大,其中波斯湾和红海 沿岸占据了世界的一半份额。2010年在新加坡国际 水周期间,该公司首次展出了其膜元件,以开拓亚 洲周边的新市场。另外,该公司正开展两端开口型新型RO膜元 件的普及活动,而且已应用于沙特的大型海水淡化 厂,并促进其更新换代。该公司在中东海湾诸国 的RO膜造水量呈逐年增长的趋势。2006年日产量 约60万m3,2008年增至80万m3,N20o年

12、度预计 将扩大至140万m3。为此,它在日本山口县岩国事 业所的中空纤维RO膜的产能将分阶段扩大,计划2年后扩大至目前的1.72倍。由于该公司的中空纤 维RO膜与芳酰胺卷式RO膜相比,返洗的次数少, 易于维护,因此今后计划在中东将其造水能力合计 达到300万m3以上。2.2我国中空纤维Ro膜近况迄今为止我国的中空纤维RO膜尚不能用于海 水淡化,只能用于苦咸水的淡化,或与中空纤维 超滤膜一起用于膜分离活性污泥法(MBR处理 生活废水等。较早研发中空纤维RO膜的是国家海洋局杭州海洋二所,现被蓝星集团兼并,材质采用 二醋酸纤维素,北京中科院化学所曾研制三醋酸 纤维素中空纤维RO膜,但尚未产业化,而鼎

13、创源 膜技术开发有限公司生产的三醋酸纤维素中空纤 维RO膜组件,质量相对较好,有203.2IIllTI(8in和101.6mm(4in两种组件,其元件参数和指标 示于表2和表3。其脱盐率为70%96%,工作压为11.5MPa,氟除去率为96%,砷除去率为98%,主要用作苦咸水淡化。此外,还有家庭饮水机用 的RO膜组件,如表4所示。中空纤维的外径为0.2lnln、内径为0.07mnl、壁厚0.06mm。图8示出该公司的三醋酸纤维素中空纤维RO膜 的装置,其中高压泵可使半透膜一侧的原水压力超 过渗透压,这样原水中的水分子就可透过半透膜进 入另一侧,从而获得纯净水,而原水中所溶与非溶 的无机盐、重金

14、属离子、有机物、菌体、胶体等物 质无法通过半透膜。图8三醋酸纤维素中空纤维RO膜装置表2203.2mm(8in外压式中空纤维R0膜组件规格使用条件 .性能测试条件材质兰黥鬟然躲旃压力温度 /' C /M P a 翟篙通譬发篇h,芳妄/鬻謦m繁l/栉篇雾嚣:毳篱/'水C帕纛责篇回警率 直径/m长度/m效面积储(pH值通§童/(一 。(个_(个。m J分子质量温度”4压力nn%规格 使用条件.性能测试条件材质訾藿黑嚣嚣嚣嚣暴/压力MPa 繁翟潜耋繁%芳妄/释端/鬻謦m摹l募摹攫釜袁篱/'水C舶霆嘉篙回紫率直径/m长度/m效面祝衍 /(pH值通量/(L1.h。 (个

15、。mI(个。分子质量温度”压力/a x第1期 罗益锋:海水淡化中空纤维反渗透膜需求量倍增 .5.根据我国“十二五”海水淡化发展规划,为 了有效增加淡水资源的总量改善水资源结构,提高 水资源安全保障率,我国的沿海将大规模建设海水 淡化工程,这是解决淡水资源短缺的战略选择和重 要举措。这一计划的实施必将大大推动我国中空纤 维型和卷式RO膜产业的大发展。目前,从辽宁、 河北、天津、山东、江苏、浙江、福建至海南岛, 都已着手兴建各类海水淡化厂,而膜技术因具有节 能环保的特点,势将拥有更广阔的市场空间。3海水淡化前处理用的中空纤维uF膜禾IMF 膜发展近况目前,国外生产UF和MF中空纤维的大型生产 厂家

16、有几十家,尤以日本为多,所选用的材质也是 五花kf3,而我国主要是些中小型企业,据不完全 统计约有上百家。但能适用于海水淡化前处理工程 的中空纤维膜材质,主要是聚偏氟乙烯、聚砜、聚 醚砜、聚乙烯等耐腐蚀性优良的中空纤维。RO膜和中空纤维UF或MF膜相组合使用,在 海水淡化及膜分离活性污泥法(MBR处理废水 工程中,会发挥相乘的互补效果,因此已被国内外 广为使用。日本日东电工的RO膜就是与三菱丽阳 的UF膜或日东电工本公司的MF膜相组合使用,在 全球的MBR工程中已有3000件以上的业绩。在海 水淡化方面,已输出西班牙、阿尔及利亚、新加坡 和美国加州大型海水淡化厂。今后日东电工的RO 膜产能将扩

17、大6成,投资额约60亿日元。日本东丽公司不仅拥有RO卷式膜产品,还有 中空纤维UF膜、MF膜、NF(纳滤膜和MBR用膜 5种产品。在日本、印度等世界10处地方建有“统 合膜处理系统(IMS”,2009年5月与中国蓝星 集团在北京成立了合资公司,东丽占50.1%,已于 2010年投入运行,同时增强了在日本爱媛和美国 加州的产能,2008年的RO膜产能Lh2007年提高了4倍,而北京厂投产后更有利于推动我国的膜法海水 淡化产业和MBRTR处理事业的发展。为此,东丽到 2015年的销售额计划达到l 000亿日元(2008年约 为470亿日元,而盈利额约为100亿日元。其它,生产中空纤维UF和MF膜的

18、主要企业还 有美国的Koch Industries(聚砜、Millipore(聚 砜、醋酸纤维素、Polyporel重l际(聚丙烯、聚醚 砜、醋酸纤维素、Celgard(聚丙烯、道化学 的Film Tee、ALG Technology(聚砜和Minntech (聚砜,德国的Polyporel玉l际(聚醚砜、聚丙 烯,日本的旭化成(聚砜、聚丙烯腈等、可 乐丽(聚乙烯醇、EVA等。我国聚偏氟乙烯、 聚砜、聚醚砜、聚乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、 聚丙烯腈等中空纤维的MF和UF膜都有生产,但 规模不大,唯有北京碧水源已有股票上市,另外 2009年有10家企业被中国水工业行业协会评为名 膜品牌,它们是:GE水处理及工艺过程处理集 团、立异企业、陶氏水处理及过程解决方案业务 部、北京时代沃顿科技有限公司、蓝星东丽膜科 技(北京有限公司、山东招金膜天有限责任公 司、广州美能材料科技