超滤膜发展现状概述及国内外工程应用分析

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超滤膜发展现状概述及国内外工程应用分析

巨姗姗

（信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司，四川成都610021）摘

要

如今超滤膜系统正广泛地运用于水厂新建和改造中。该文介绍了超滤膜材料、化学性质、使用类型等，分析了PVDF

膜广泛运用的原因，并以工程实例对压力式和浸没式超滤膜比较了经济性。结果表明PVDF膜具有耐污染、易清洗、化学稳定维护方便，运行成本低。性好等特点；压力式超滤膜系统工程投资较浸没式省，关键词

水处理

超滤膜

比较

0177（2015）04--文章编号：1009-中图分类号：X703

文献标识码：B

DOI:10.15890/http://www.77cn.com.cnki.jsjs.2015.04.001

DevelopmentSituationandEngineeringApplicationofUltrafiltrationMembraneatHomeandAbroad

JuShanshan

（ITElectronicsEleventh＆ＲesearchInstituteScientificandTechnologicalEngineeringCo．，Ltd．，Chengdu610021，China）Abstract

Ultrafiltrationmembranesystemiswildlyusedinnewly-builtandreformingwaterplantsnowadays．Thematerialsof

ultrafiltrationmembrane，chemicalpropertiesandtypeswereintroducedinthispaper．ThereasonsofextensiveuseofPVDFwereanalyzed．Theeconomyofpressurizedultrafiltrationmembraneandimmersedultrafiltrationmembranewascompared．TheresultsindicatethatPVDFhasadvantagesofresistancetopollution，easy-to-cleanandgoodchemicalstability．Pressurizedultrafiltrationmembranehasadvantagesofsavingprojectinvestment，easy-maintenance，lowoperatingcostcomparedwithimmersedultrafiltrationmembrane．Keywords

watertreatment

ultrafiltrationmembrane

comparison

1超滤系统概述

［1］

超滤技术为核心的组合工艺作为水处理中的新技术，引起了人们的广泛关注

滤之间的膜过滤，膜孔径为0．05μm～1nm，实际应用中一

［2］般不以孔径表征超滤膜，而以截留分子量表征。超滤系统是以中空纤维超滤膜为中心处理单元，处理液以一定的

。

超滤是介于微滤和纳

流速通过膜表面，水分子在一定的压力驱动下透过膜，而悬浮物、胶体、大分子有机物及微生物等则被阻截，从而达到净化分离的目的。图1为中空纤维膜过滤示意图。

超滤技术对胶体、病原微生物、悬浮物等有较好的去除效果，近几年，随着膜技术的发展，膜成本的降低，使得超滤

［3］

技术在水处理行业得到了广泛的应用。

［03-20收稿日期］2015-［作者简介］巨姗姗（1982—

图1Fig．1

中空纤维膜过滤示意图

FiltrationofHollowFiberMembrane

），女，硕士研究生，工程师，研究方向

mail：652441745@qq．com。为水处理及给排水设计。E-

檶檶檶檶檶殞

行业视角

—1—

檶殞

巨姗姗．

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Vol．34，No．4，2015

PVC膜、PES膜等；根据处理液超滤膜有多种不同的分类方式：根据膜材料，超滤膜可以分为PVDF膜、

超滤膜可以分为内压膜、外压膜；根据处理液进水的压力，超滤膜可分为压力式和浸没式；根据膜流动方向，

组件的形状分为管式膜、板式膜等。

1．1超滤膜材料

目前，超滤膜使用的材料主要分为有机高分子材料和无机材料两大类。其中无机材料类尚未得到大规

模商业化应用，目前在供水行业应用更多的是有机高分子材料制造的超滤膜。有机高分子材料分类如表1所示。

Tab．1

类

别

举

例

表1超滤膜材料分类

ClassificationofUltrafiltrationMembrane

特

性

纤维素酯类聚砜类聚烯烃类氟材料

二醋酸纤维素（CA），三醋酸纤维素（CTA），混合

CN）等纤维素（CA-磺化聚砜（SPS）、聚醚砜（PES）等聚砜（PS）、

聚丙烯（PP）和聚丙烯腈（PAN）

聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE）

成孔性好，材料来源广泛、稳定，成本较低；耐酸碱性能差，也不亲水性好，

适用于酮类、酯类和有机溶剂易成型，膜机械强度好，耐热、耐化学性能也较好机械和化学性能较好

极优良的机械强度和耐高温、耐化学侵蚀性性能，可在强酸、强碱和多种有机溶剂条件下使用，但成本很高

目前国际知名超滤膜品牌供货商有陶氏（DOW）、通用（GE、泽能ZENOE）、科氏（KOCH）、旭化成

（ASAH）、美能（MEMSTAＲ）等，部分公司超滤膜产品材质统计如表2所示。

Tab．2

序号12345678910

公司名称Evoqua（原Siemens

WaterTechnologies）KochMembrane

DOWAsahi-KaseiTorayPentairMicrodyn-NadirInge（BASF）HyfluxMemstar

表2各品牌超滤膜产品材料表

MaterialsofUltrafiltrationMembranefromDifferentBrands

产美美美日日荷

地国国国本本兰

膜

品

牌

膜

材

料

MEMCOＲTAＲGAⅡ（UF）IntegraFlo、IntegraPac、UltrafiltrationSFDseries（UF）

MicrozaMF/UF

TOＲAYFIL（HFU和HFS系列）X-flow（MF：Ｒ100；UF：Xiga，Aquaflex、Seaflex）Nadir-Ultrafiltrationmodules（MFandUF）

Multiboremembrane

KristalMemstarUF

PVDF或PP

PESPVDFUF：PAN、PS

MF：PVDF、PS、PS

PVDF

改性PES和PVP的混合物MF：PES或PVDF

UF：PES、PS、PVDF再生纤维素、

PESMPES、PVDFPVDF（NIPS或TIPS）

德国德

国

新加坡新加坡

由表2可知PVDF已经成为世界主流的超滤膜用材料，其次是PES膜。PVC膜除国内个别厂家生产外，

其他国家很少采用。饮水用超滤膜采用聚氯乙烯（PVC）时关键在于控制PVC材料不能使用抗氧化剂。PVC在热成型时会降解，所以必须添加抗氧化剂，常规抗氧化剂以铅盐居多，效果好成本低，近年来有机抗但效果稍差，成本高。与聚偏氟乙烯相比，由于聚氯乙烯耐酸碱性能较差，使用寿命低氧化剂出现，10%～20%。

PVDF超滤膜具有以下特点。

（1）耐污染：以PVDF为材料制成的超滤膜，其耐污染性能明显高于其他材料制成的超滤膜，因此过滤通量较大，同时产水性能衰减较小，从而延长了运行时间，减少了清洗次数，节省了清洗费用，延长了膜的使用寿命。

（2）易清洗：由于以PVDF为材料制成的超滤膜有良好的耐污染性能，使清洗变得容易，在通常情况—2—

净水技术

WATEＲPUＲIFICATIONTECHNOLOGY

Vol．34，No．4，2015

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下，用透过水对其进行反冲洗即可。

（3）化学稳定性好：由于PVDF有着良好的化学稳定性，有耐受较强酸、碱的能力，因此在必要时可对超滤膜进行大强度的化学清洗。

1．2国内外工程实例

在净水处理领域中，目前较常用的是压力式外压超滤膜和浸没式外压超滤膜。浸没式膜系统将膜组件

采用泵或虹吸的方式实现负压将水抽出；压力式膜系统将处理水经过或膜箱直接浸入到需要处理的水中，

泵加压后，通过管路引到膜组件内，在压力驱动下透过膜。

在市政供水处理中，采用超滤膜处理技术有快速增长的趋势，国内外大型膜处理工程如表3和表4所示。

Tab．3

序号123456

项目名称产水量/（t·d－1）

投用时间膜品牌过滤形式膜材质回收率

新加坡Chestnut

27万2003年12月

GE浸没式PVDF＜95%

表3国外大型膜处理工程实例

EngineeringExamplesofMembraneTreatmentAbroad

美国ColumbiaHeights水厂26．5万2005年Norit压力式PES＞95%

美国TwinOakValley水厂

38万2008年2月

GE浸没式PVDF

新加坡ChangiNEWater

30万2010年simens压力式PVDF＞93%

阿塞拜疆巴库水厂52万2014年DOW压力式PVDF

新加坡LowerSeletar水厂

30万

2014年（正调试中）

NoritXIGA压力式PES设计为96%

Tab．4

序号12345678910111213

工程名称东营南郊水厂

北京第九水厂应急工程无锡中桥水厂绵阳新永供水厂山东济阳自来水厂金坛钱资荡水厂上海青浦水厂江村水厂天津南港水厂烟台莱山水厂杭州清泰水厂深圳沙头角水厂新疆红雁池水厂

表4国内大型膜处理工程实例

EngineeringExamplesofLargeScaleMembraneTreatmentatHome

设计规模/（万t·d－1）

1071531．4510551030410

建成时间2009年2010年2010年2010年2010年2011年2012年2012年2013年2013年2013年2013年2013年

膜品牌立昇立昇西门子美能美能膜天立昇美能膜天美能旭化成陶氏立昇

超滤膜系统形式

浸没式浸没式压力式压力式压力式压力式浸没式压力式压力式压力式压力式压力式浸没式

膜材质PVCPVCPVDFPVDFPVDFPVDFPVCPVDFPVDFPVDFPVDFPVDFPVC

（1）早期、改造项目采用浸没式，近期、新建项目中压力式更多被采用；国外最新发展趋势表明压力式超

成为自来水处理的主流形式。滤已经逐渐取代浸没式，

（2）目前用于自来水行业的膜材料除了国内立升采用PVC材质外，各知名膜厂商（如GE、陶氏、

MEMCOＲ旭化成、美能等）都以耐污染、亲水性好、更安全的聚偏氟乙烯（PVDF）为主。

2

2．1

压力式超滤膜与浸没式超滤膜的比较

两种膜系统的使用比较

从整个系统来看，压力式超滤膜系统为封闭式系统，安全性高、卫生性好，外观美观；浸没式超滤膜系统为敞开式系统，卫生安全较差。压力式超滤膜系统如图2所示，浸没式超滤膜系统如图3所示。

—3—

巨姗姗．

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图2

Fig．2

压力式超滤膜系统

SystemofPressurizedUltrafiltration

Membrane

图3

Fig．3

浸没式超滤膜系统

SsystemofImmersedUltrafiltrationMembrane

由图2和图3可知如遇膜丝断裂或者检修，浸没式超滤系统需要将膜组件膜箱整体吊出，再查找断裂膜导致耗时长，影响大，而且需要较多人工；压力式超滤系统仅需更换某个膜柱，体积小，影响膜丝数量少，丝，

对运行影响小。

2．2两种膜系统的经济性比较

以国内某城市新建的10万t/d水厂为例，水厂设计工艺系统如图4所示

。

图4Fig．4

某水厂工艺设计流程图

DesignProcessofAWaterPlant

浸没式超滤系统和压力式超滤系统两种系统的设计方案的经济性比较结果如表5所示。

由表5可知浸没式超滤由于膜系统面积大、药剂消耗量大、设备数量多等，直接运行成本高于压力式超滤膜系统。—4—

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Tab．5

项

目

表5超滤系统方案比较表

ComparisonofPressurizedUltrafiltrationMembraneandImmersedUltrafiltrationMembrane

比较项目土建工程费用设备投资膜更换费用

耗电药剂消耗

方案一：压力式超滤系统

—约1800万元

0．050元/m3（按7年折旧）约0．0350kW·h/m310%次氯酸钠40．6m3/年、30%盐酸2．37m3/年、40%氢氧化钠0．35m3/年

0．089元/m3

方案二：浸没式超滤方案比压力式多建膜池（多150万元）

约2200万元0．0123元/m3（按6年折旧）

约0．0271kW·h/m310%次氯酸钠105．6m3/年、30%盐酸53．3m3/年、40%氢氧化钠8m3/年

0．210元/m3

投资估算成本计算

直接运行成本（电费+膜更换费+药剂费）

3结语

（1）在水厂膜处理系统中，稳定性、使用寿命来看，建议采用PVDF材质的超滤膜；PVDF膜具从亲水性、有耐污染、易清洗、化学稳定性好等特点。（2）浸没式超滤系统膜组件大，重量重，起吊困难，维护人工成本高；压力式超滤膜系统膜组件小，重量轻。在运行维护方面，压力式超滤膜系统具有操作简便，劳动强度低等优点。浸没式超滤膜系统每次化学耗药量小。清洗历时较长，耗药量高（膜池容积大）；压力式超滤膜系统化学清洗历时较短，

（3）压力式超滤膜系统工程投资较浸没式省，工程直接运行成本较低。

参考文献

J］．中国给水排水，2009，25（2）：1-4．［1］李永红，张伟，张晓健，等．超滤膜的污染控制研究进展［［2］任建民．膜分离技术及其应用［M］．北京：化学工业出版社，2003．

J］．供水技术，2007，1（1）：1-——第三代城市饮用水净化工艺的核心技术［3．［3］李圭白，杨艳玲．超滤—

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