乾貨| 中空纖維分離膜在水處理領域的最新進展

乾貨 | 中空纖維分離膜在水處理領域的最新進展

發表時間：2017/2/14

據報導，2015年世界水處理市場達到38500億美元，到2020年市場需求將以年均4%的速度持續增長。在全球市場中，膜分離技術特別是中空纖維超濾膜、微濾膜和反滲透膜在水處理領域所佔的份額正在快速擴大。以下先簡要介紹中空纖維在水處理方面的新進展。

中空纖維微濾膜（HFMFM）

（1）可樂麗公司

可樂麗公司最近採用聚偏氟乙烯（PVDF）開發了具有優良過濾性能的微濾（又稱精密過濾）膜「ピューリアGL」，與以往的水處理膜相比，其單位時間、單位面積的流量高 2 倍以上，使水處理所需的HFMFM與元件數減少50%以上，節省了運行空間，簡化了設備的運營管理，屬節能型水處理裝置。該公司還開發了一種水處理用的聚乙烯醇（PVA）凝膠，與上述產品一起開始在東南亞和中國銷售，2 ～ 3年後的銷售目標是100億日元，相當於目前的2.5倍。

（2）旭化成公司

旭化成公司的微濾（MF）和超濾（UF）膜銷量居世界第 3 位，在東南亞包括新加坡、泰國、越南和印尼，由於河水的濁度比日本高，因此適合選用非筒狀的MF膜浸漬型水處理設備。在中國，水處理膜的使用量比2012年擴大了1.5倍以上，主要應用於鍋爐水、工廠用水的前處理、工廠廢水處理再利用等。

（3）尤尼吉卡公司

最近尤尼吉卡公司實現了尼龍6中空纖維膜過濾器的商品化，具有高流量、長壽命特點，在膜的外側和內側具有不同微孔直徑的非對稱結構，可以捕捉不同的雜質，過濾效率高。其微孔直徑範圍從10～100nm，孔徑易於控制，而且由於具有高強度，可以提高過濾壓力，使處理能力大為提高，而且由於尼龍6具有耐溶劑性、低溶出物和良好的親水性，不需要進行溼潤處理。主要用途是半導體、電鍍、化工、製藥和食品等工廠的含藥劑廢水的處理，以及除去回收溶劑中的雜質等。

中空纖維超濾膜（HFUFM）

（1）美國陶氏化學公司

美國陶氏化學工業公司於2015年開發了一種被稱作「PX Fiber」的PVDF中空纖維膜。作為水處理用的UF膜「Integra Flux」，與以往的UF膜元件相比，由於膜表面的細孔密度高，透水性提高了35%，因此UF膜元件的數量可減少，實現節能。水回收率的改善和排水量的減少，同樣實現了節能和減少環境負荷。此外，由於其膜微孔比以往產品小，使處理水質有所提高，除菌率也高。

（2）東麗公司

東麗公司的HFUFM與反滲透（RO）膜相接合作為前處理工序，與採用砂濾相比便宜2成，RO膜的水生物汙垢減少9成，RO膜的更換費用減少約4成，使總體的處理成本削減2成。目前其UF膜和RO膜相組合的系統正向東南亞和中東市場拓展。印尼使用該工藝處理飲用水；新加坡也於2015年也接受了數件訂單，在其海水淡化和都市廢水再生系統中，RO膜已佔約8成。2015年東麗決定將其HFUFM「トレフィル」應用於泰國曼谷的自來水淨化設備中，該項目於2016年啟動，2017年將開始運行，經該裝置處理後可變為飲用水。目前東麗的HFUFM在世界市場上所佔份額尚不足10%，因此其選擇與韓國東麗化學公司合作，幫助其組合產品中的RO膜佔據世界份額的約30%，可與美國陶氏化學並駕齊驅。

（3）三菱麗陽公司

三菱麗陽公司的HFUFM主要用於兩大領域，一是膜分離活性汙泥法（MBR法）的前處理，另一為家庭淨化器。前者主要用於汙水處理廠，已廣泛應用於我國、中東、東歐及中亞等市場。三菱麗陽在我國設有大連三菱麗陽環保機器有限公司，負責培訓操作人員，在蘇州也成立了分公司，HFUFM材質有PVDF和PE（聚乙烯）2 種，今後將在大連和無錫建立生產廠，以滿足中國於2015年強化廢水處理法規後進一步擴大的需求，預期5年後銷售額會提高3倍，主要是通過原料和製造工藝的高速化等措施，使膜製造成本下降40%，並通過與當地工程公司合作而擴大市場。

中空纖維反滲透膜（HFROM）和正滲透（HFFOM）

（1）海水淡化用HFROM

2013年全球運行的海水淡化設備中，多段閃蒸法（MSF）和多效蒸法合計約佔44%，RO膜法約佔56%。到2015年海水淡化裝置的總產量約為9 400萬～9 800萬m³。據日本化工協會測算，到2020年RO膜元件的產量有望達到61萬支，可削減約1.7×108 t以上的CO₂排放量。從技術上看，先後經歷了從高壓、低壓到兩頭開口型的RO膜元件，近幾年又開發了正滲透（FO）膜元件。

海水淡化一方面可生產飲用水，另一方面得到RO濃縮水，後者既可以放流回海裡，也可以從中回收鋰、釩、鉬、鎂、鎂化物、鈣、滷素、碘和硼。還有人利用RO濃縮水與淡水（河水）的滲透壓差進行濃度差發電研究。

在HFROM的技術創新方面，東麗公司、東洋紡公司、Daicen膜系統公司和神戶大學院合作，開展高效大型分離膜元件的研發，東麗還研發利用反滲透膜的低環境負荷海水淡化法，東洋紡則研發高透水性、低壓CTA（三醋酸纖維素）HFROM和元件兩端開口型的HFROM海水淡化元件，日立製作所開發面向大型工程的大規模海水淡化廠的低壓多段（2段）高收率RO系統。山口大學還研究用聚醯胺系RO膜和納米纖維膜高效去除亞砷酸（H₃A_sO₃）。總之，日本積極組織開發21世紀大規模水處理系統即兆噸級水處理系統，在這些方面我國與日本尚有較大差距。

（2）中空纖維正滲透膜（HFFOM）

所謂FO膜法，是利用具有高滲透壓的驅動溶液（DS）來進行海水淡化，由於無需外壓就可實現鹽的分離，廢水量少，又可實現濃鹽水的直接排放，因此研發工作進展迅速，但目前尚需進一步開發超薄型耐腐蝕的HFFOM，使海水與溶劑能緊密接觸提高滲透壓，以高效阻防鹽分和雜質。

日本山口大學院和神戶學院大學共同開發了CTA中空纖維膜的正滲特性的新評價法，目的是進一步解析HFFOM的水透過特性。神戶大學為實現高效生物質發酵法，開展了濃縮木糖的正滲透膜法的研究，結論是：低能耗的濃度法，即通過利用適當的驅動液由預水解溶液濃縮木糖的FO膜法是可以實現的。

（來源：《紡織導報—產業用紡織品增刊）