挑战水资源环境问题的最新反渗透膜技术

1、挑战水资源环境问题的最新反渗透膜技术蓝星东丽膜科技（北京）有限公司近年，对污水和废水进行再利用的技术领域里，反渗透法受到广泛的关注。面对日益紧迫的环境压力，节能减排成为可持续发展的必然选择，实践证明，反渗透技术在污水回用深度处理方面已非常成熟。2009年，中国蓝星从日本东丽引进了居于世界领先水平的反渗透制膜和卷膜生产技术和装备，合资成立了蓝星东丽膜科技（北京）有限公司，专业生产适用于苦咸水、抗污染以及海水淡化三大系列的反渗透膜产品。凭着先进的技术、优质的服务以及优异的产品性价比，我公司生产的反渗透膜产品不断被客户所认可，市场占有率不断提升，2012年蓝星东丽的反渗透产品的中国大陆市场占有率已上

2、升至第二位，特别是在煤化工领域的纯水制造和废水回用方面，近年来已取得了市场占有率第一的地位。在生产方面，注重产品质量和生产安全，2011年同时取得了ISO9000、ISO14000、ISO18000“三标一体”质量体系认证，2012年被中国石化联合会和中国化工环保协会评为石油和化学工业环境保护、清洁生产重点支撑技术，2012年被北京市政府评定为高新技术企业。一、技术背景介绍增加与国外技术的经济性比较由于反渗透系统本身是一个错流浓缩的过程，在浓缩的过程中，各种胶体、生物、有机物等杂质会不断地沉积在膜的表面，造成污堵，另外，用户在日常操作的过程中发现，反渗透技术会受制于很多不可预计的人为原因，包括

3、预处理设计的不合理性、操作管理的失误或者化学品药剂的错误添加，都会使反渗透系统造成不同程度的污堵，甚至不可逆转的物理损伤，势必导致反渗透系统的性能下降。在日常的故障诊断中我们也发现，不可预计的氧化剂泄露（如余氯等化学物质）也是严重影响反渗透系统运行状况的主要原因之一。如上所述，无论是因为可预见的系统本身还是因为各种不可预见的人为因素，化学清洗或者化学品泄露对于反渗透膜元件所造成的化学性伤害都是我们无法回避的问题，所以，东丽最新的化学耐久性反渗透膜，即“拓夫TM”(TOUGHTM)膜已于2011年夏末正式推向市场。这款膜产品着重于高水平的化学耐久性，满足了目前市场对化学清洗的强度（pH）和少量余

4、氯泄漏时膜元件的耐受性的需求，是一款更易操作、更长寿命、更高性能的反渗透膜元件，在复杂的运行条件及未知的失误操作条件下给用户提供更多的便利和安心。二、新型膜片加工技术2.1 分子设计技术从图1可以看出，通过分子设计之后的聚酰胺功能层，使分离层膜表面亚纳米级细孔分布更均匀，开孔率更高，从而使拓夫TM反渗透膜达到脱盐率高以及产水量大的优异性能。图1 分子设计技术图解2.2 精密界面聚合技术反渗透膜的脱盐功能层非常薄，只有200nm，其结构与界面重合反应精度有关。采用膜表面扫描热力学测试对分离功能层的稳定性进行解析，发现功能层稳定性和热量值存在一定的关系。TOUGHTM膜通过精密界面聚合技术来控制分

5、离功能层的稳定性，从而使膜拥有优异的耐受酸碱和微量余氯的分离功能层。图2 精密界面聚合技术图解目前已拥有此两项新技术的拓夫TM反渗透膜包括低压苦咸水膜系列的4款产品以及抗污染膜系列的3款产品。新产品的具体型号和规格如下表所示。表1 蓝星东丽拓夫TM(TOUGHTM)反渗透膜元件规格表膜元件型号标准脱盐率%透过水量gpd(m3/d)有效膜面积ft2(m2)给水流道宽度(mil)低压苦咸水膜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标准测试条件：2000mg/L NaCl，225psi，25，pH=7，回收率15%三、膜元件耐久性实验3.1 强酸、碱清洗试验以及强碱浸泡试验我们对蓝星东丽新产品“拓夫TM”(TOUGHTM)膜进行了系列、多次高强度清洗测试试验，分别用pH=13强碱溶液和pH=1强酸溶液对膜元件进行化学清洗，此过程为一个周期，这个步骤重复30个周期，如果按

7、照每2个月清洗一次，相当于5年的使用清洗次数。化学清洗周期完成后，对膜元件进行标准测试，测试结果如图3。产水量(m3/d) 图3 “拓夫”膜30次循环的酸碱试验脱盐率和产水量的变化注：清洗条件：25，pH=13，NaOH水溶液1hr循环+浸泡；pH=1，HCl水溶液1hr循环+浸泡，重复30个周期测试条件：2000mg/LNaCl水溶液，25，pH=7，1.55MPa，15%回收率 强碱浸泡试验是考虑到实际操作过程中，当遇见较强的有机物、微生物污堵，正常的酸碱清洗无法达到预期的清洗效果，就会进行碱强化清洗，使用强碱溶液浸泡反渗透膜元件过夜，第二天再采用纯水冲洗膜元件，并恢复使用，这样的清洗方式

8、也是对反渗透膜元件的严格考验，采用上述步骤反复进行15次，每次强碱浸泡清洗后，对膜元件进行标准测试，测试结果如图4。 产水量(m3/d)图4 “拓夫”膜强化强碱清洗试验脱盐率和产水量的变化注：清洗条件：25，pH=13 ，NaOH水溶液16hr浸泡+8hr标准测试，重复15个循环，其中在第5、10、15周期分别进行了一次酸洗，酸洗条件：pH=1 ，HCl水溶液循环1hr测试条件：2000mg/LNaCl水溶液，25，pH=7，1.55MPa，15%回收率3.2 余氯耐久性试验另外，对“拓夫TM”(TOUGHTM)膜元件进行了余氯耐久性试验，将膜元件连续与含有余氯的水溶液接触至1000ppm.h

9、r，试验数据如下图5。产水量(m3/d)图5 “拓夫”膜的氯耐久性试验脱盐率和产水量的变化经过30周期的酸碱清洗循环实验、15次的碱强化清洗实验以及余氯耐久性试验后，发现东丽的新产品“拓夫TM”(TOUGHTM)膜表现出较好的特性，如下所示：保持稳定的高脱盐率：99.6%化学药品耐受范围：pH=1-13 进水余氯浓度0.1ppm节能、低运行成本四、应用情况蓝星东丽的拓夫TM反渗透膜自从2011年夏末推向市场以来，已经有很多成功的应用业绩。4.1 北京某开发区污水回用原水：达到一级B排放标准的市政污水产水用途：电子工业高纯水的原水预处理：滤布滤池+微滤系统规模：6140m3/h排列方式：（32:

10、16）6（单套）启动时间：2012年7月其系统采用全膜法处理工艺，基本工艺流程如下：自2012年投运以来，运行情况良好，具体运行数据如下：图6 北京某开发区污水回用脱盐率运行数据从图6可以看出，在运行记录的半年时间里，随着水温的逐步降低，系统的脱盐率逐步提高，这是由于水温降低，水的粘度增加的缘故。但不管怎样，系统的脱盐率一直稳定在98%以上，表现出了“拓夫”反渗透膜优异的脱盐性能。图7 北京某开发区污水回用产水量运行数据通过对图7的产水量运行数据分析，水量一直稳定在140m3/h，达到了设计要去，体现出了“拓夫”反渗透膜稳定的运行性能。该系统自去年7月投运以来，运行稳定，每天可为开发区节约2万

11、吨宝贵的新鲜水资源，支撑了开发区的持续发展。4.2 山东某钢厂原水：地下水和黄河水的混合水（950s/cm）预处理：超滤系统规模：4150t/h反渗透排列方式：（18:9）6（单套）启动时间：2011年12月目前情况：从2011年年底运行以来，系统脱盐率一直维持在99%以上，运行情况非常好，到目前为止还未进行过清洗。具体数据如下：运行天数产水量(m3/h)图8 山东某钢厂运行数据4.3 河北某化工厂原水：黄河水（1000s/cm）预处理：多介质+超滤+活性炭系统规模：60t/h反渗透排列方式：（7:4）6启动时间：2011年9月目前情况：从2011年9月运行以来，系统脱盐率一直维持在98%以上

12、，运行情况良好，到目前为止，运行了6个月后进行了第一次清洗。具体运行数据以及清洗数据如下：运行天数产水量(m3/h)图9 河北某化工厂运行数据清洗日期：2012年3月清洗方法：先碱后酸碱洗：pH=12，NaOH+EDTA，循环两个小时，浸泡4小时；重复该过程两次酸洗：pH=3，柠檬酸表2 河北某化工厂清洗前后数据进水压力(bar)段间压力(bar)浓水压力(bar)产水流量(m3/h)水温()进水电导(s/cm)产水电导(s/cm)系统脱盐率(%)清洗前11.5109462610742098.1清洗后11109.2582810001798.34.4 蓝星东丽拓夫产品在其它污水回用项目上的应用业

13、绩企业名称项目所在地区产水规模（吨/天）水源类型膜元件型号投运时间中石油庆阳炼油厂甘肃庆阳8,400炼化废水TML20-4002009年11月中石油大庆炼油厂黑龙江大庆5,280炼化废水TML20-4002013年2月中石油华北石化河北任丘4,320炼化废水TML20-4002013年3月中石油独山子石化乙烯厂新疆独山子1,800炼化废水TML20N-4002012年2月重庆卡贝乐重庆7,200化工废水TML20-4002011年12月晋煤集团煤化工河南开封21,600化工废水TM720D-4002012年5月永鑫煤化工山西临汾4,800化工废水TM720D-4002012年5月陕化三期陕西渭南28,800煤化废水TML20-4002013年1月神华宁煤烯烃宁夏银川21,600煤化废水TML20DA4002013年2月北京经济开发区路东二期北京亦庄20,000市政污水TML20D-3702012年7月酒泉钢铁甘肃酒泉21,600钢铁废水TML20-4002012年7月凌钢二期辽宁凌源24,000钢铁废水TM720D-4002012年8月五、结语蓝星东丽通过采用先进的分子设计技术以及精密界面聚合技术开发的拓夫TM(TOUGHTM)膜，对原产品进行了一次化学耐久性的升级。从所有的试验