論文作者：翟建文，商品式謝春玲，化卷賈世榮，干最徐平

摘要：本文介紹了幾種新近推出的新進(jìn)商品化卷式RO/NF膜產(chǎn)品的技術(shù)、性能特點(diǎn)及工程應(yīng)用，商品式其中包括：（1）高通量高脫鹽超低壓膜ESPA2+和ESPA4，化卷（2）高脫硼海水淡化膜SWC4和節(jié)能型海水淡化膜SWC5，干最（3）低壓降低污染膜LFC3-LD，新進(jìn)和（4）低污染納濾膜ESNA1-LF等。商品式

關(guān)鍵詞：商品化 卷式RO/NF膜 最新進(jìn)展

概述

反滲透/納濾(RO/NF)膜主要用于海水淡化、化卷苦咸水淡化、干最純凈水、新進(jìn)超純水和污水回用等水脫鹽凈化處理。商品式經(jīng)過30多年的化卷開發(fā)和實(shí)踐，針對(duì)不同的干最進(jìn)水水質(zhì)條件和產(chǎn)水水質(zhì)要求，占市場(chǎng)主導(dǎo)地位的芳香族聚酰胺卷式復(fù)合膜產(chǎn)品已經(jīng)形成了品種繁多的完整系列。為了進(jìn)一步滿足對(duì)于提高產(chǎn)水品質(zhì)、降低系統(tǒng)壓力和適應(yīng)各種易污染水質(zhì)的要求，RO/NF膜產(chǎn)品研發(fā)的主要方向有：(1)提高膜的脫鹽率，(2)增加產(chǎn)水通量(超低壓膜)，(3)提高海水淡化膜的脫硼能力(高脫硼膜)，(4)降低膜元件的壓力損失(低壓降膜)，(5)提高膜本身的耐污染能力(低污染膜)，(6)高溫介質(zhì)應(yīng)用，(7)高化學(xué)兼容性(耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、耐有機(jī)溶劑等)，(8)非水溶液反滲透膜，還有(9)提高膜的耐氧化能力等。

下文介紹新近推出的幾種改進(jìn)型RO/NF產(chǎn)品的成膜化學(xué)和技術(shù)性能，通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)探討新型膜的工程應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)。

1. 新型超低壓膜ESPA2+、ESPA4

降低操作壓力一直是反滲透膜產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步的主要努力方向之一。降低操作壓力就能降低能耗、減少運(yùn)行成本，增加系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。從不對(duì)稱膜、復(fù)合膜到超低壓復(fù)合膜，反滲透膜的操作壓力一直在下降。1995年推出的ESPA1膜是節(jié)能效果明顯的第一代超低壓膜，與較為傳統(tǒng)的低壓復(fù)合膜CPA2相比，操作壓力降低了20-30%。通過界面聚合符合成膜過程的精細(xì)控制改進(jìn)了分離皮層的表面特性，使ESPA2+、ESPA4同時(shí)具有高脫鹽率和高產(chǎn)水通量的特性。

1.1 超低壓膜的性能特點(diǎn)

表-1、圖-1和圖-2給出了ESPA系列超低壓膜的性能參數(shù)以及對(duì)比情況，可以看出在同樣操作壓力下，ESPA4的產(chǎn)水量比ESPA1高45%，在系統(tǒng)產(chǎn)水量相同時(shí)，給水壓力低20%。ESPA2+的面積大，脫鹽率高，在相同操作條件下，產(chǎn)水量比ESPA2高30%。高通量、高脫鹽率的特點(diǎn)使ESPA2+、ESPA4特別適合于二級(jí)反滲透。

表-1 ESPA2+、ESPA4超低壓膜的性能參數(shù)以及對(duì)比

1.2 超低壓膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖-3 不同反滲透系統(tǒng)的凈推動(dòng)力 圖-4 改善系統(tǒng)產(chǎn)水量不平衡的各種設(shè)計(jì)方法對(duì)凈推動(dòng)力的影響

模擬系統(tǒng)配置：6芯壓力容器、2/1排列，系統(tǒng)產(chǎn)水通量15GFD，75%回收率，原水為1500mg/L NaCl

超低壓膜的水通量較高，鹽分濃度沿給水流動(dòng)方向會(huì)快速升高，這樣給水側(cè)滲透壓會(huì)同樣快速升高。另外由于超低壓膜給水壓力本來就低，產(chǎn)水凈推動(dòng)力(給水壓力與滲透壓的差值)沿給水流動(dòng)方向下降快，從而造成系統(tǒng)前后端產(chǎn)水流量差別較大(見圖1)。這種現(xiàn)象就是產(chǎn)水分布不平衡，膜的透水性能越好，產(chǎn)水分布不平衡越明顯，如圖-3所示，ESPA4的產(chǎn)水不平衡最為嚴(yán)重，到了末端的膜元件幾乎完全不產(chǎn)水了。解決系統(tǒng)產(chǎn)水分布平衡問題的改進(jìn)設(shè)計(jì)方法有一段產(chǎn)水背壓(人為增加一段的產(chǎn)水壓力，通過閥門控制產(chǎn)水量)、二段增壓(通過段間增壓泵提高二段凈推動(dòng)力，降低一段給水壓力)及前后段采用不同品種膜(一段使用壓力較高的膜，相當(dāng)于一段產(chǎn)水背壓)等。圖-4給出了改進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的凈推動(dòng)力分布狀況。

2. 海水淡化——高脫硼膜SWC4、高通量膜SWC5

反滲透海水淡化越來越多的被用于農(nóng)業(yè)用水和生活用水，近年來對(duì)于硼(B)的關(guān)注越來越多，硼在1mg/L便會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生副作用，WHO推薦的飲用水硼上限濃度為0.5mg/L。海水中含有5mg/L的硼，硼在海水中的主要以非離解B(OH)₃狀態(tài)存在，一般膜的脫除率在80%以下。SWC4對(duì)硼的脫除率特別高，可以滿足WHO對(duì)飲用水硼脫除率的要求。硼脫除率受進(jìn)水的pH值影響較大，提高pH值有利于硼的脫除。

高能耗一直是海水淡化市場(chǎng)發(fā)展的一個(gè)重要的限制因素，在保持高脫鹽率的情況提高膜的產(chǎn)水通量就可以有效降低系統(tǒng)操作壓力，從而減少能耗。SWC5同時(shí)具備了高脫鹽率和高產(chǎn)水通量，與較為傳統(tǒng)的SWC3膜相比，透鹽率降低了33%，產(chǎn)水量增加了35%。SWC5現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，產(chǎn)水含鹽量和運(yùn)行壓力均低于設(shè)計(jì)值。

3. 低壓降耐污染膜LFC3-LD

近年來反滲透被越來越多地用于地表水凈化、冷卻循環(huán)水回用、工業(yè)廢水和市政廢水的回用處理，原水中含有懸浮顆粒、有機(jī)物、膠體物質(zhì)和微生物等可能造成膜污染的雜質(zhì)。這些高污染性原水要求反滲透/納濾膜具有良好的耐污染性能。

增強(qiáng)膜耐污染性的技術(shù)手段有兩個(gè)方面，一方面是改變膜表面化學(xué)，降低膜表面電荷并增加膜的親水性，減少膜的吸附能力(圖-6、圖-7)；另一方面是改變膜表面流動(dòng)狀況，降低膜元件的壓力降，提高水流的沖刷清潔膜表面的效率(圖-8)。

在第一代低污染膜LFC-1和高脫鹽率低污染膜LFC3的基礎(chǔ)上，低壓降低污染膜LFC3-LD同時(shí)結(jié)合了兩種減少污染的措施，能夠適應(yīng)地表水、污水及過程流體等易污染性原水。在實(shí)際運(yùn)行中，LFC3-LD長(zhǎng)時(shí)間保持了穩(wěn)定的脫鹽率、產(chǎn)水流量和系統(tǒng)壓力降。

圖-6 反滲透膜表面電荷 圖-7 LFC膜的耐污染性能

圖-7 6芯壓力容器2/1排列系統(tǒng)的壓力降對(duì)比 圖-8 LFC3-LD膜的實(shí)際運(yùn)行壓力降

圖-9 LFC3-LD膜實(shí)際運(yùn)行脫鹽率

圖-8和圖-9是LFC3-LD膜處理石化廠循環(huán)水的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，原水經(jīng)過超濾預(yù)處理，COD~40mg/L。RO系統(tǒng)安裝2支LFC3-LD膜，采用濃水循環(huán)方式運(yùn)行，壓力容器入口處電導(dǎo)率6000-7000μm/cm。可以看出系統(tǒng)壓降非常穩(wěn)定(約0.0MPa)，脫鹽率基本穩(wěn)定在99%以上。