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最新一代超滤膜--荷兰IMT七孔膜的诞生和应用
荷兰IMT创新膜技术有限公司

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目前，我国进入超滤膜领域的企业为数众多，产品也多种多样。由于应用水源的复杂性和多样性，各种产品在材料、制造工艺，尺寸规格、运行方式、操作条件及适用范围等方面都各不相同，这也给水处理工程公司、设计单位及最终用户在产品选型及设计使用时带来诸多不便。上个世纪90年代末，中空纤维超滤膜技术和工艺开始引进国内，中空纤维超滤膜系统已成为反渗透预处理，工业废水和城市中水回用的主流核心工艺。特别是近年来我国经济的快速发展，各行业水处理项目数量和规模日益增大。如何保证系统的安全性、稳定性和经济性成为问题的关键。上世纪80、90年代，欧美主要采用廉价的材料如PVC等作为膜产品材料，虽然成本低，制造工艺简单，但膜的使用寿命短，随着超滤膜技术工艺的工业化发展，以及水质的污染和复杂化，廉价膜的性能已经不能满足工业水处理系统的要求，特别是大型系统对稳定性，可靠性的要求。80年代后期，以内压式中空纤维膜发明者之一的荷兰Koenhen博士为代表的欧洲膜研发机构，逐步放弃了廉价的材料，转而开发可靠、稳定的高分子材料聚醚砜为载体的中空纤维膜，经过近30年得不断探讨，研究开发和应用，推出几代膜技术和产品，满足了技术发展和市场需求。欧美国家超滤技术和市场应用的发展轨迹给我们国内业界提供了宝贵和历史和现实经验。醚砜（PES）中空纤维膜的特点聚醚砜，特别是改性聚醚砜是一种亲水性的材料，采用热熔置换法纺丝，使得膜丝具有良好的亲水性、均匀性、过滤分子量选择在10万~15万KD之间，可根据各种水质处理的要求进行调整，对细菌、军团菌、病毒和其他如隐孢子菌等有极高的去除率。相比避免外压式（PVDF）膜，PES聚醚砜超滤膜的出水水质更好，更适合作为反渗透的预处理。第一代PES单孔膜可达到log 6的水平，悬浮物的去除率达到100%。整个系统配置简单，反洗和清洗彻底，PVDF膜在运行中容易形成污染死角和不耐碱的缺陷。相比PVDF超滤或微滤膜，PES材料超滤膜透水性更强，通量更大，反洗和清洗水量更小。该工艺自上个世纪90年代末引进国内以来，已经广泛用于反渗透的预处理，广泛应用在电厂化学水和其他行业的水处理应用中，近来也应用在废水和中水回用处理中。PES中空纤维超滤膜已经成为水处理行业和市场的主流技术和工艺选择。单孔膜在使用中出现的问题单孔超滤膜的膜丝内径一般为0.8μm，在使用过程中普遍遇到问题为膜丝断裂，主要是水锤或压力不均匀而产生的，在水质复杂、浊度较高（主要是硅胶体含量高）以及有机物含量较高的情况下会产生污堵，表现为压差上升快，水量下降，反洗和清洗效果不理想，膜通量恢复较慢，回收率下降，严重时会出现膜无法彻底清洗和恢复。单孔膜膜丝较细，机械强度相对较低，抗压性能稍差，膜的出水表面相对较封闭，运行中水流通畅受到一定的限制，在水质较差和温度较低的情况下，为了保持通量，往往需加大压力，后果是把污染物挤到膜组织里面，造成膜的污堵和无法彻底清洗恢复。同时旧一代单孔膜采用PVP亲水性添加材料，由于PVP是水溶性的，会随着运行中被水带走，造成亲水性基团的剥落，亲水性下降，膜的抗污染性也随之下降。 PES七孔超滤膜的技术特点以荷兰Koenhen博士为领导的研发团队在开发了单孔膜的基础上，进一步开发出新一代结构和性能更优越的超滤膜——七孔超滤膜。七孔膜的结构为一根膜丝里面有七个过滤小孔，每根膜丝外径为4.2μm，每个小孔孔径达到0.9μm，比单孔膜孔径更大。小孔之间是疏水性很强的支撑层。形成蜂窝状支撑，具有强大的机械强度。具有以下性能优势：膜丝的精度更高，达到0.01μm，出水水质更好，膜孔分布更均匀；耐酸碱性可有效去除膜的生物和有机污堵；比起单孔膜的0.8μm孔径，七孔膜膜丝每个孔径达到0.9μm，更不容易污堵，抗污堵强，反洗效果更好；单孔膜丝只能抵挡不到2Kg的压力，七孔膜丝可抵挡高达7Kg的压力，且不断丝；七孔膜外表面是敞开的孔，透水性远强于单孔膜，过水通道比单孔膜更加流畅，过膜压差低，反洗压力低，反洗效果好，能耗低。反洗和清洗水量少，节水效果卓越；在相同膜通量的设定下，七孔膜运行过膜压差远低于单孔膜，耐污堵，这样反洗频率和化学加强洗频率以及化学清洗频率低于单孔膜，反洗和清洗水量低于单孔膜，化学药剂消耗量低；在相同运行压差情况下，七孔膜的透水性和产水量明显大于单孔膜，反洗后其膜通量恢复优于单孔膜；七孔膜采用新型亲水性材料，不剥落，永久性亲水性，具有强大的抗污染能力；七孔膜的寿命比单孔膜更长。（图片）图1 七孔膜外表面敞开孔，出水通畅，反洗进水通畅，运行压力低，压差低，膜通量恢复好。反洗和化学清洗频率低，水消耗量及化学品消耗量低（图片）图2 七孔膜膜孔之间非常畅通的支撑层，水通道流畅（图片）图3 单孔膜外表面孔小，水流不通畅，运行压差大，反洗和清洗效果差，容易污堵，膜通量恢复差，运行压力大，膜丝容易变形，污染物容易进入膜组织，能耗高，反洗和化学清洗频率高、耗药量大、反洗水量高（图片）图4 PVDF外压膜不开孔和出水层的封闭，压差大、通量小，膜通量恢复差，运行压力大，能耗高，反洗和化学清洗耗药量大，反洗水量高（图片）图5 PVDF双皮层膜通道长、压差大、通量小、膜通量恢复差。运行压力大，能耗高，反洗和化学清洗水消耗量高七孔膜经历了两代技术和生产工艺的发展和改进，2002年荷兰Koenhen博士和他的团队实现了批量生产，后转让给德国公司，进行了进一步的工艺改进和配方改良，Koenhen博士带领荷兰IMT公司团队制造出新一代七孔超滤膜。其特点是膜丝外出水层的敞开式孔和新的永久性亲水性材料和配方大大提高了膜丝和分离层的精度以及超强的机械强度和膜丝弹性。在相同的水质和运行条件下，膜的通量大大提高（是第一代的七孔膜的1.5倍），运行压力更低（1~2 Bar），过滤周期更长，反洗压力更低（1~2 Bar)，极大提高了膜使用的经济性（膜数量少、效率高、系统配置更简单和经济、运行简单、水耗能耗更低），达到最好的投资回报。新一代的七孔超滤膜对细菌，病毒，军团菌和其他细菌的去除率在原来log 6的基础上，提高到了log 9，并且已经在国内的电力、化工、石化、钢铁、电子医药、市政行业广泛应用在反渗透预处理，废水和中水回用，垃圾渗透液处理。小结超滤技术是一种被广泛认可和使用的技术和工艺，但在选择具体的技术和产品时，必须考虑水质的条件和对系统的影响，同时也要考虑系统的可靠性，稳定性以及系统运行的安全性和寿命，真正体现超滤技术的性能和优点。因此，在选择膜产品时，应该将膜技术的先进性，可靠性、经济性、价格性能作出综合衡量。 10/28/2010


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