新型抗污染MBR膜的合作研制

可行性研究报告

长沙凯天环保科技股份有限公司

地址：长沙市国家级经济技术开发区星沙大道15号

2016年04月15日

一、背景介绍

2015年，正式发布《水污染防治行动计划》，明确提出了全面控制污染物的排放，制定造纸、焦化、氮肥、有色金属、印染、农副食品加工、原料药制造、制革、农药、电镀等行业的专项治理方案，实施清洁化改造，加强工业废水的循环利用。同时，加快研发重点行业废水深度处理、生活污水低成本高标准的处理、海水淡化和工业高盐废水脱盐等。

目前，我国最常用的水处理技术是常规厌氧-好氧生物处理工艺。常规的生物处理工艺存在占地面积大、污泥量多、出水稳定性差等缺点。且常规生物处理工艺的出水不能稳定地达到一级A标准，必须进行改造升级。膜生物反应器 (MBR) 技术是一种将膜分离技术与常规生物处理技术有机结合的新型高效污水处理与再生回用的工艺，具有出水水质好、运行稳定、占地面积小、容积负荷高等优点， 广泛地应用于传统污水处理工艺的提标和新建污水处理工艺。

MBR的核心组件是高性能的滤膜，而滤膜的关键在于高性能膜材料的开发。常用的膜材料有聚偏氟乙烯 (PVDF)、聚醚砜 (PES)、聚砜 (PS)、聚丙烯腈 (PAN)等。其中，PVDF具有良好的化学稳定性、耐高温性、耐氧化性，是MBR最常用的膜材料。目前MBR在进一步的推广中也存在一些制约因素，主要瓶颈为膜污染。严重的膜污染会导致膜阻力的增大及膜通量的下降，需要加大曝气量、频繁清洗，造成了能耗提高和膜寿命的缩短，加大了污水处理的成本。制备新型抗污染的PVDF膜材料，减轻污染物在膜表面、膜孔的吸附，达到控制膜污染，可以有效地降低MBR工艺的成本。

二、新型抗污染MBR膜研制的现状

在MBR的分离过程中，膜污染的难易程度主要取决于污染物与膜表面之间的相互作用，MBR的主要污染物质是憎水性的多糖和蛋白质。由于PVDF具有极强的疏水性，在实际应用过程中，被分离物质易在膜表面产生吸附污染，堵塞膜孔，使得膜通量随着运行时间的延长而降低，缩短了膜的使用寿命，增加了生产成本，进而制约了PVDF膜的应用领域。因此改善PVDF膜的亲水性，提高膜的抗污染性，可以有效地提高膜性能。

PVDF膜的亲水改性分为表面改性和本体改性， 膜表面改性是先成膜后改性，而膜本体改性是对膜材料先进行改性，再用改性后的膜材料制备膜。膜表面改性是指通过物理化学、化学处理等方法直接在膜表面引入极性基团来增强PVDF膜的亲水性，主要包括膜表面涂覆改性、膜表面接枝改性等方法。膜表面涂覆改性是用水溶性高分子或是表面活性剂等对膜表面进行涂层，或是直接将膜浸入亲水性小分子溶液中，在膜表面引入一层亲水层，以增强其亲水性。而膜表面接枝改性是先使膜表面的聚合物链产生一定数量的反应活性点，然后利用这些活性点引发亲水性单体或者是功能性单体发生接枝反应，在膜表面形成亲水层，从而使膜具有更好的抗污染性和选择分离效果。虽然表面改性可以改善膜表面的亲水性，但是同时也容易造成膜孔的尺寸和孔径分布的改变，甚至造成膜表面结构的损坏，影响膜通量和截留效果。

膜本体的改性即对膜材料的改性，可以克服直接对膜表面进改行改性的缺陷，分为共混改性和共聚改性。共混改性是指配制铸膜液时加入一种亲水性材料，提高膜的亲水性。亲水性材料分为无机材料和高分子聚合物。改性后的PVDF膜不但保持PVDF的优良性能，又具备无机材料或聚合物的亲水性。常见的共混材料有醋酸纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛等。共聚改性是通过共聚反应在PVDF链上引入亲水性基团或接枝亲水性单体，然后利用亲水改性后的PVDF制膜。清华大学发明了能够使PVDF膜材料保持永久亲水的两性离子接枝和聚吡咯烷酮交联改性方法，显著地提高了PDVF膜的抗污染性，实现了PVDF中空纤维膜的大通量。并且清华大学与北京赛诺水务合作实现了TIPS (热致相分离法) PVDF中空纤维膜的大规模工业化，目前总产水量已突破100万吨/天，与旭化成、DOW等产品均有在同一系统/工况运行的对比业绩，且对比效果明显。

三、拟项目合作对象

1. 碧水源

碧水源是中国环保行业的龙头，目前研发出完全拥有自主知识产权的MBR污水资源化技术，涉及膜材料制造如微滤、超滤、低压反渗透和反渗透、膜设备制造和膜应用工艺，成为我国MBR技术大规模应用的奠基者，是世界上同时拥有全套膜材料制造技术、膜组件设备制造技术和MBR技术与自主产权的少数公司之一，入选2012福布斯中国最具潜力上市公司。碧水源的业务领域涉及市政及园区污水、工业废水、村镇污水、垃圾渗滤液和流域治理等。碧水源先后承担甘泉堡工业园污水处理、烟台套子湾地下式污水处理、昆明市第十污水处理厂等超过10万吨/日的污水处理工程。

2. 天津膜天

天津膜天膜科技股份有限公司是一家拥有膜产品研发、生产、膜设备制造、膜应用工程设计施工和运营服务完整产业链的高科技企业。作为中国第一支中空纤维膜组件诞生地，公司已服务市政给水和污水处理及回用、工业给水和废水处理与回用、海水淡化、饮用水净化、生物制药净化、浓缩及分离处理等多个领域。产品已远销欧美、中东、东南亚等30多个国家和地区，截至2013年底，公司产品和设备日处理规模累计已达350万吨。 作为中国首家以膜产品为主营业务的上市公司，我们专注提供优质膜产品和膜技术应用解决方案，努力实现股东、员工和社会价值持续递增，立志为洁净水环境做出不竭贡献。公司工厂占地6.6万平方米，建筑面积达4万平方米。2014年，生产能力将达到415万平方米/年。

3. 三达膜环境技术股份有限公司

三达膜环境技术股份有限公司是国内领先的以膜技术应用为核心的工业分离纯化和膜法水处理综合解决方案提供商和水务投资运营商。在膜技术应用领域，三达膜能够根据客户的差异化需求提供综合解决方案：工业分离业务方面，主要帮助食品饮料、医药、生物发酵、化工、石化等行业客户，提高产品质量，降低生产成本，减少废物排放。在膜法水处理业务方面，公司应用膜技术为市政、工业、家庭用户提供供水净化、废水处理、中水回用等综合解决方案。在水务投资运营领域，公司通过BOT和TOT方式在全国范围内多个地区已投资和运营了24座市政污水处理厂，在建5座市政污水处理厂。下载本文