中空纤维膜在水处理中的应用

在全球水处理市场中，膜分离技术特别是中空纤维超滤膜、微滤膜和反渗透膜在水处理领域所占的份额正在快速扩大。以下先简要介绍中空纤维膜在水处理方面的新进展。

中空纤维微滤膜(HFMFM)：

(1)可乐丽公司：

可乐丽公司最近采用聚偏氟乙烯(PVDF)开发了具有优良过滤性能的微滤(又称精密过滤)膜“ピューリアGL”，与以往的水处理膜相比，其单位时间、单位面积的流量高  2  倍以上，使水处理所需的HFMFM与元件数减少50%以上，节省了运行空间，简化了设备的运营管理，属节能型水处理设备。该公司还开发了一种水处理用的聚乙烯醇(PVA)凝胶，与上述产品一起开始在东南亚和中国销售，2  ～ 3年后的销售目标是100亿日元，相当于目前的2.5倍。

(2)旭化成公司：

旭化成公司的微滤(MF)和超滤(UF)膜销量居世界第 3  位，在东南亚包括新加坡、泰国、越南和印尼，由于河水的浊度比日本高，因此适合选用非筒状的MF膜浸渍型水处理设备。在中国，水处理膜的使用量比2012年扩大了1.5倍以上，主要应用于锅炉水、工厂用水的前处理、工厂废水处理再利用等。

(3)尤尼吉卡公司：

最近尤尼吉卡公司实现了尼龙6中空纤维膜过滤器的商品化，具有高流量、长寿命特点，在膜的外侧和内侧具有不同微孔直径的非对称结构，可以捕捉不同的杂质，过滤效率高。其微孔直径范围从10～100nm，孔径易于控制，而且由于具有高强度，可以提高过滤压力，使处理能力大为提高，而且由于尼龙6具有耐溶剂性、低溶出物和良好的亲水性，不需要进行湿润处理。主要用途是半导体、电镀、化工、制药和食品等工厂的含药剂废水的处理，以及除去回收溶剂中的杂质等。

中空纤维超滤膜(HFUFM)

(1)美国陶氏化学公司：

美国陶氏化学工业公司于2015年开发了一种被称作“PX Fiber”的PVDF中空纤维膜。作为水处理用的UF膜“Integra  Flux”，与以往的UF膜元件相比，由于膜表面的细孔密度高，透水性提高了35%，因此UF膜元件的数量可减少，实现节能。水回收率的改善和排水量的减少，同样实现了节能和减少环境负荷。此外，由于其膜微孔比以往产品小，使处理水质有所提高，除菌率也高。

(2)东丽公司：

东丽公司的HFUFM与反渗透(RO)膜相接合作为前处理工序，与采用砂滤相比便宜2成，RO膜的水生物污垢减少9成，RO膜的更换费用减少约4成，使总体的处理成本削减2成。目前其UF膜和RO膜相组合的系统正向东南亚和中东市场拓展。印尼使用该工艺处理饮用水;新加坡也于2015年也接受了数件订单，在其海水淡化和都市废水再生系统中，RO膜已占约8成。2015年东丽决定将其HFUFM“トレフィル”应用于泰国曼谷的自来水净化设备中，该项目于2016年启动，2017年将开始运行，经该装置处理后可变为饮用水。目前东丽的HFUFM在世界市场上所占份额尚不足10%，因此其选择与韩国东丽化学公司合作，帮助其组合产品中的RO膜占据世界份额的约30%，可与美国陶氏化学并驾齐驱。

(3)三菱丽阳公司：

三菱丽阳公司的HFUFM主要用于两大领域，一是膜分离活性污泥法(MBR法)的前处理，另一为家庭净化器。前者主要用于污水处理厂，已广泛应用于我国、中东、东欧及中亚等市场。三菱丽阳在我国设有大连三菱丽阳环保机器有限公司，负责培训操作人员，在苏州也成立了分公司，HFUFM材质有PVDF和PE(聚乙烯)2  种，今后将在大连和无锡建立生产厂，以满足中国于2015年强化废水处理法规后进一步扩大的需求，预期5年后销售额会提高3倍，主要是通过原料和制造工艺的高速化等措施，使膜制造成本下降40%，并通过与当地工程公司合作而扩大市场。

中空纤维反渗透膜(HFROM)和正渗透(HFFOM)：

(1)海水淡化用HFROM：

2013年全球运行的海水淡化设备中，多段闪蒸法(MSF)和多效蒸法合计约占44%，RO膜法约占56%。到2015年海水淡化装置的总产量约为9  400万～9 800万m3。据日本化工协会测算，到2020年RO膜元件的产量有望达到61万支，可削减约1.7×108  t以上的CO2排放量。从技术上看，先后经历了从高压、低压到两头开口型的RO膜元件，近几年又开发了正渗透(FO)膜元件。

海水淡化一方面可生产饮用水，另一方面得到RO浓缩水，后者既可以放流回海里，也可以从中回收锂、钒、钼、镁、镁化物、钙、卤素、碘和硼。还有人利用RO浓缩水与淡水(河水)的渗透压差进行浓度差发电研究。

在HFROM的技术创新方面，东丽公司、东洋纺公司、Daicen膜系统公司和神户大学院合作，开展高效大型分离膜元件的研发，东丽还研发利用反渗透膜的低环境负荷海水淡化法，东洋纺则研发高透水性、低压CTA(三醋酸纤维素)HFROM和元件两端开口型的HFROM海水淡化元件，日立制作所开发面向大型工程的大规模海水淡化厂的低压多段(2段)高收率RO系统。山口大学还研究用聚酰胺系RO膜和纳米纤维膜高效去除亚砷酸(H3AsO3)。总之，日本积极组织开发21世纪大规模水处理系统即兆吨级水处理系统，在这些方面我国与日本尚有较大差距。

(2)中空纤维正渗透膜(HFFOM)：

所谓FO膜法，是利用具有高渗透压的驱动溶液(DS)来进行海水淡化，由于无需外压就可实现盐的分离，废水量少，又可实现浓盐水的直接排放，因此研发工作进展迅速，但目前尚需进一步开发超薄型耐腐蚀的HFFOM，使海水与溶剂能紧密接触提高渗透压，以高效阻防盐分和杂质。

日本山口大学院和神户学院大学共同开发了CTA中空纤维膜的正渗特性的新评价法，目的是进一步解析HFFOM的水透过特性。神户大学为实现高效生物质发酵法，开展了浓缩木糖的正渗透膜法的研究，结论是：低能耗的浓度法，即通过利用适当的驱动液由预水解溶液浓缩木糖的FO膜法是可以实现的。

                                                                                                            深圳市水天蓝环保科技有限公司