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膜材料是MBR技术核心要素
发布日期:2014年07月08日
      经过近几年的实践证明,污水处理厂排放标准达到一级A(GB18918-2002),并不能完全改变我国水环境恶化的现实,面对更加艰巨的节能减排任务,以及水资源日益紧缺的形势,污水资源化必然是水务行业下一步的工作重点,污水处理的目标也将由削减污染物为主转向再生利用为主,污水再生利用也将从量的提升转向质的提升。在全国的市政污水再生利用工程实践上,北京市、天津市、深圳市以及宁波市都做出了工程性实践的探索。特别是北京市,全市再生水利用量已达6.5亿立方米/年,超过了密云水库的供水量。

对于高品质再生水的大规模生产,更凸显了膜技术在资源化利用方面的重要战略意义。2000年开始,MBR开始应用于国内的实际工程项目,历经十年的发展,已经由最开始的工业、建筑给排水领域拓展到市政供水和排水领域。应用于MBR的超滤膜材料也由聚丙烯膜(PP)向聚乙烯膜(PE),再向聚偏氟乙烯膜(PVDF)完成了三次膜材料上的突破,降低了MBR的投资成本及运行费用。中国水网的MBR专题调查致力于为水务工作者揭开中国水务市场上MBR工程应用的现状及存在的问题,帮助各地方政府主管单位、水务投资者更深入的了解中国水务的MBR市场。

       调查发现,膜材料及其组件的生产制备,是整个MBR工艺技术的核心要素。

膜材料、膜组件的提升是降低MBR投资及运行费用的关键
调研中,中国水网MBR专题调查组走访中发现,很多投资者或业主单位对于MBR的工程应用主要有以下几方面担心:1、总体投资费用要高于同样出水标准的其它处理工艺;2、吨水的运行费用高,目前MBR单元吨水运行费用约为0.7元人民币/吨,同样出水标准的其它处理单元如滤布滤池吨水的运行费用可低至很多;3、MBR的电耗高;4、对于运行维护人员的素质要求高。而对于MBR的整体市场而言,目前没有标准化的设计方法,也阻碍了MBR的推广。
目前各种制备应用于MBR的超滤膜材料方法中,它们制备的超滤膜材料PVDF的耐污染性、硬度、强度、通量等指标都不相同,这些关键性指标也直接影响着MBR工程的投资和运行费用,MBR工程应用在国内近十年的迅速发展,也是得益于膜材料的不断进步和膜组件的更新。

PVDF膜材料一统江湖 三种主流制备方法都有致命伤
在国际及国内,应用MBR的超滤膜材料基本上都是以PVDF为主。目前主要有三种制备形式的PVDF超滤膜材料,分别是湿法纺丝(占MBR市场容量的60%以上),热致项(以日本旭化成为代表,日本旭化成企业率先于2000年左右研发了热致项制备PVDF方法,但并没有应用于中国市场,2005年开始在中国市场应用,目前最具代表性的项目是广州大亚湾的石化项目)两种制备方法,以及在湿法纺丝制备的基础上增加支撑管(以美国GE和日本三菱公司为主要代表企业)。在湿法纺丝生产PVDF的膜企业中,膜的质量差别也比较大,一般都不能强度高、通量高两点兼具。
目前这三种制备PVDF膜材料的方法都存在一定的优缺点,而且每一种方法的缺点对于MBR工程应用都是致命伤,下表为对于三种方法的综合比较。

  湿法纺丝 热致项 带支撑管
优点 通量大 强度高、通量大 湿法纺丝基础上强度增加
缺点 强度低 亲水性差 曝气量大、气水比高
对于MBR的影响 易断,寿命短 耐污染性能不如湿法纺丝  曝气量大增加电耗

国内企业数量及实力增强 外资企业国内掘金形势不如国外
国际市场上,日本的久保田和美国的GE公司占据了全球和北美市场的主要份额。2000年~2005年间,欧洲、美国的MBR工程项目数量增长迅速,这期间欧洲各国应用MBR的污水处理工程每年以70个以上的数量递增,2005年左右开始,MBR工程项目的数量在东南亚各国开始递增。在我国,MBR工程项目也是在2005年左右的时候开始从工业、建筑给排水领域向市政给水、排水领域拓展,并在2005年到2010年间发展迅速。
自日本旭化成企业于2005年的时候将热致项制备PVDF的超滤膜材料应用于大亚湾的石化项目开始,国内多家企业开始研发并采用热致项的方法制备PVDF超滤膜。2009年以前,对于带支撑管的PVDF超滤膜材料的制备主要以美国的GE和日本的三菱公司为主,2009年开始国内有4~5家企业开始自主研发、生产带支撑管的PVDF超滤膜,且开始应用工程项目,以北京的碧水源为代表。目前美国GE、日本三菱、德国西门子公司在华均无生产PVDF的工厂。

中国MBR市场前景好于国际 应用规模不断破纪录
据中国水网MBR专题调查组调查显示,截至目前我国污水处理工程项目中,规模在万吨级/天以上的MBR工程项目约有40多个,涉及市政排水、工业废水领域。当前已经运行最大规模的MBR工程项目是湖北十堰神定河污水处理厂改造工程,该项目于2009年10月投入运行,设计规模是11万吨/天,设计出水排入神定河,总投资1.7亿元人民币,运行费用约0.6元人民币/吨水。今年,北京市清河15万吨/天的再生水厂已经签约北京碧水源公司,采用MBR工艺技术。
未来五年PVDF仍是主流  三种制备方法有望结合
调研中,多位膜材料的专家均预测,未来5年内,MBR的超滤膜材料仍将以PVDF为主流趋势,在此基础上有望结合湿法纺丝、热致项以及增加支撑管三种制备方法的优势,制备具有高通量、高强度、高亲水性能的PVDF超滤膜材料。我国曾在天津工业大学设置了中空纤维膜的研发课题,在杭州水中心设置了反渗透膜的研发中心,调研中了解到,天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程国家重点实验室培育基地的吕晓龙教授正在对于PVDF各种性能做加强性研发,如异形PVDF等。