我国膜技术与应用的现状和发展趋势

王家廉

(中国环境保护产业协会水污染治理委员会，北京 100037)

我国膜技术与应用的现状和发展趋势

王家廉

(中国环境保护产业协会水污染治理委员会，北京 100037)

论述了我国的膜技术发展状况和膜技术在废水回用、有机物去除及造水等领域的应用，介绍了膜技术的发展趋势及膜技术最新的进展。

膜技术;水污染治理;废水回用;造水

1 我国膜技术的发展概况

近年来，我国的膜技术取得了突飞猛进的发展，膜应用领域也在不断扩大，膜材料的研究开发和制造技术取得了重大进展，膜技术在水污染治理领域的应用已日益广泛，已成为污水处理与污水回用的优选技术。然而，这一切在十几年前还几乎是一件不可想象的事情。那时候，我国的膜材料、膜组件还基本是依靠进口，昂贵的销售价格，使膜技术的应用范围仅仅局限在工业纯水制造和化工、医药、轻工、食品等少数工业生产领域的物料分离，业内人士很难想到应用这种技术去处理花费不可过高的污水。

2001-2003年，我国开展了膜技术的国产化行动，国家投入了大量资金支持膜材料的研发和产业化，积极鼓励膜技术在环境保护及相关领域内广泛应用和在环境污染防治领域建立工程示范，极大地促进了我国膜制造产业的科技进步和膜技术在水污染治理领域的推广。

经过近十年的发展，目前我国的膜制造产业已初具规模，并涌现出一批膜材料制造骨干企业，其产品种类涵盖了反渗透、纳滤、超滤和微滤等各类膜材料和卷式膜、帘式膜、管式膜、平板膜等各种膜组件和膜组器。其中，超滤膜和微滤膜在国内市场的占有率已过半。

随着膜技术的进步，我国水污染治理领域对膜技术的需求也越来越大，预计到2010年底，全国膜装置的市场需求可望达到200亿元的规模。膜技术的应用范围也越来越广，不仅已广泛应用于城镇污水和工业废水回用的处理，而且更多地应用于难生物降解有机污染物和重金属污染物的分离处理，并且已成为工业废水零排放或低排放的基本手段。同时，膜生物反应器技术也得到长足进步，兼氧型膜生物反应器技术已经达到国际先进水平，成为生活污水和工业废水处理的可靠方法。

2 膜技术的应用领域

2.1 在有机污染物去除领域的应用

近年来，随着国家对废水排放中有机污染物的控制越来越严格，在城市生活污水处理和工业难处理废水方面，已越来越广泛地采用包括膜生物反应器（MBR）、集成膜分离技术在内的膜技术，尤其是在北方缺水地区和全国COD总量控制重点区域，采用MBR技术处理城市生活污水，能充分发挥其活性污泥浓度高、处理效果好、可将废水资源化、排泥量少的特点；在电镀、印染、皮革、酿造、焦化等难处理工业废水领域采用MBR与集成膜分离技术，已成为行业的发展方向。

2.2 在污废水回用领域的应用

“十一五”期间，在国家大力提倡节能减排的形势下，我国各地的城镇污水回用产业得到很大发展，回用规模较上一个五年计划约翻了一番，回用范围主要是用于市政园林绿化和河湖景观改善。目前，市政污水回用处理比较盛行“双膜法”工艺，即将两种不同的膜装置组合在一起，形成回用水处理工艺流程。根据回用领域的不同，膜的种类可以是微滤、超滤和反渗透的组合。

工业废水领域的回用，采用膜技术的目的较为多样化，或是为了废水的循环利用，或是为了零排放的环境压力，或是为了治理某种难处理废水的污染。

“十一五”期间，我国电力行业、冶金行业、化工行业、石油化工行业都在普遍推行废水再利用和循环冷却水的回用，以提高工业用水的重复利用率，减少废水排放量。由于工业节水可以给企业带来直接的经济效益，因此企业比较愿意开展废水再利用。

2.3 在废水零排放领域的应用

“十一五”期间，国家加大了对环境污染排放的控制力度，企业增加了排放控制的压力。许多高耗水、高污染、高排放的新建项目，被要求废水不得外排，迫使企业采取废水回用措施以满足零排放的要求。

对于一些已有的属于高污染的“老大难”企业，政府也实行了禁止外排废水的零排放政策。尤其是排放高含盐、高氨氮污染物、高浓度难生物降解有机废水和高浓度重金属废水的污染企业，在常规处理方法难以做到有效去除的情况下，往往需要借助膜技术解决其处理难题。

发展循环经济和资源化综合利用、减少工业废水污染负荷，通常也要依靠膜技术的支持。膜的分离效能为资源化综合利用的物料分离提供了很好的解决路径，不管是固形物的回收，还是液体的浓缩回收，膜技术都可以发挥不可替代的作用。具有独特功能的新型膜材料的开发，为这一领域的废水回用和资源化综合利用展开了广阔的市场前景和发展空间。

2.4 在造水领域的应用

我国有50%以上的江河断面不能达到应有的水体功能，处于Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类水体的污染状态；全国70%的湖泊、水库处于不同程度的富营养化状态，有3亿城镇居民的饮用水源受到污染，居民饮水处于不安全状态。由于水污染严重，也由于受到严重缺水的困扰，近几年城乡瓶装饮用水的市场需求急剧上升，海水淡化事业有了长足进展，在环渤海和东南沿海地区修建了一批海水淡化厂，海水淡化的装机规模逐年扩大。在这样的市场背景下，我国造水产业对膜技术和膜装置的市场需求也连年增长。

3 技术发展趋势

3.1 膜性能的改善方向

根据目前国内膜技术的发展趋势，未来需要进一步提高或改善膜的性能，以利于膜技术扩大推广应用。改善膜性能的技术方向是：

（1）能够抗污染，包括微生物垢和石油类污染物等对膜造成的污染；

（2）能够抗堵塞，包括微生物、油和固体粒子等对膜形成的孔径堵塞；

（3）无需苛刻的预处理，缩短流程，简化操作，降低建设投资，节约运行费用；

（4）具有较高的通量，提高产水率，减少污染物排放量或再处理量；

（5）具有足够的机械强度，能够耐受高压、反复清洗、生物膜等重物的拉伸；

（6）具有较好的有效孔径分布率、较好的分离性能和稳定的理化性质，耗能低，寿命长。

3.2 膜材料和膜制造工艺的技术发展趋势

目前，我国虽然可以生产微滤、超滤、纳滤和反渗透等不同类别的膜材料，但由于用于制膜的材料种类有限，因而急需科技创新，提高制造技术，开发制膜新工艺和新方法，开发新型制膜材料，提高材料本身的理化性质，重点发展高性能化学纤维、超滤级的有机物烧结膜、纳滤级陶瓷膜、纳滤级石英膜、纳滤级不锈钢膜和钛金属膜、抗油污疏水膜等性能更好的膜材料。

3.3 膜应用的技术发展趋势

膜技术在污水处理、工业废水处理和资源化综合利用的应用范围今后将得到进一步扩展，成为废水回用和难降解有机污染物分离回收，以及实现废水零排放的基本手段。除了去除固体粒子和盐类物质以外，污染物去除技术的主要发展方向是：

（1）采用微滤膜除盐并去除各类重金属污染物；

（2）采用超滤膜分离大分子有机物和高分子有机物；

（3）采用纳滤膜，以液液分离形式，进行油水分离、去除石油类污染物；

（4）采用耐高温（90℃以上）膜材料，开展热水的除固体粒子、除盐和热能回收；

（5）开发反渗透以外的除盐新技术，发展电解膜、电极膜、电离子交换膜等新材料；

（6）发展耐受高浓度（浓度在25%以上）酸碱的有机膜，进行废酸液和废碱液的回收、处理；

（7）发展无需梯度过滤预处理的适宜去除高浓度悬浮固体、胶体废水的膜材料；

（8）发展适宜处理高浓度含盐废水的膜材料。

4 膜技术的最新进展

近年来，国内外的环保企业都加大了技术开发的步伐，围绕膜材料性能的不足，进行了一些具有国际先进水平的科技创新，也取得了一批高技术水平的科技成果，并直接进入了产业化和批量生产阶段。其中部分科技成果如下：

（1）杭州某公司采用聚苯乙烯（PE）纤维和聚偏氟乙烯（PVDF）纤维制成的复合膜，具有较强的抗拉强度，制成的膜丝用力拉扯可以保持不断。此种膜材料既有良好的抗污染性能，又弥补了聚偏氟乙烯强度较低的缺陷。

（2）采用聚砜和聚酰胺制成的复合膜，可以耐受高浓度（浓度≥25%）的碱溶液，为我国开展废碱液的回收和再利用提供了先进技术，这对于许多工业行业的废碱液处理是一种好方法，较蒸发浓缩法可节约大量能源。

（3）中科院某研究所和北京某公司合作，研究开发了纳米级石英砂烧结膜。

（4）中科院生态研究中心和江苏金山环保公司合作生产的疏水特种膜，可望为含油污水的油水分离处理提供一种先进技术和可行手段。

（5）清华大学与江苏蓝天沛尔环保公司合作生产的平板膜膜组件，填补了我国膜工业的一项空白。

（6）美国Duraflou公司开发的高通量聚偏氟乙烯微滤膜，可以无需多级过滤预处理，直接处理高浓度悬浮物废水和重金属废水。

（7）美国某公司生产的不锈钢、二氧化钛复合烧结纳米膜膜组件，具有优良的理化性能，耐高压、耐腐蚀、耐高温，抗污染、抗堵塞，性能卓越，可广泛应用于难生物降解有机工业废水的污染物分离处理和有机物资源化综合利用。

（8）美国Sping公司开发、生产的SPING2000有机物烧结固体超滤膜，具有良好的污染物去除和超级技术性能。

（9）美国Weishi 膜技术公司生产的有机振动膜，可用于废油的回收。

以上事例表明，当今世界的膜技术创新主要致力于膜性能的提高和改善。我国膜研发和膜制造产业的科技创新能力目前已经居于世界膜技术科技发展的前沿。

Status and Development Trend on Membrane Technology and Its Application in China

WANG Jia-lian
(Prevention and Control Committee of Water Pollution, CAEPI, Beijing 100037, China)

The paper discusses upon the development status of membrane technology and the applications on reuse of wastewater, the removal of organic matters as well as water-making of membrane technology, introduces the development trend on membrane technology and new progress of membrane technology.

membrane technology; prevention and control of water pollution; reuse of wastewater; water-making

X703

A

1006-5377（2010）09-0016-03