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商品化卷式RO/NF膜產品的技術、性能特點及工程應用，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和節能型海水淡化膜SWC5，干最（3）低壓降低污染膜LFC3-LD，新進和（4）低污染納濾膜ESNA1-LF等。商品式
關鍵詞：商品化 卷式RO/NF膜 最新進展
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、新進超純水和污水回用等水脫鹽凈化處理。商品式經過30多年的化卷開發和實踐，針對不同的干最進水水質條件和產水水質要求，占市場主導地位的芳香族聚酰胺卷式復合膜產品已經形成了品種繁多的完整系列。為了進一步滿足對于提高產水品質、降低系統壓力和適應各種易污染水質的要求，RO/NF膜產品研發的主要方向有：(1)提高膜的脫鹽率，(2)增加產水通量(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)高溫介質應用，(7)高化學兼容性(耐強酸強堿、耐有機溶劑等)，(8)非水溶液，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型RO/NF產品的成膜化學和技術性能，通過實際運行數據探討新型膜的工程應用技術特點。
1. 新型超低壓膜ESPA2+、ESPA4
降低操作壓力一直是產品技術進步的主要努力方向之一。降低操作壓力就能降低能耗、減少運行成本，增加系統的經濟性。從不對稱膜、復合膜到超低壓復合膜，的操作壓力一直在下降。1995年推出的ESPA1膜是節能效果明顯的第一代超低壓膜，與較為傳統的低壓復合膜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控制改進了分離皮層的表面特性，使ESPA2+、ESPA4同時具有高脫鹽率和高產水通量的特性。
1.1 超低壓膜的性能特點
表-1、圖-1和圖-2給出了ESPA系列超低壓膜的性能參數以及對比情況，可以看出在同樣操作壓力下，ESPA4的產水量比ESPA1高45%，在系統產水量相同時，給水壓力低20%。ESPA2+的面積大，脫鹽率高，在相同操作條件下，產水量比ESPA2高30%。高通量、高脫鹽率的特點使ESPA2+、ESPA4特別適合于二級反滲透。
表-1 ESPA2+、ESPA4超低壓膜的性能參數以及對比
| 膜型號 | 膜面積(ft2 ) | 測試壓力(psi) | 特性產水通量(GFD/psi) | 測試溶液氯化鈉 1500mg/L | |
| 給水壓力(bar) | 產水濃度(mg/L) | ||||
| CPA3 | 400 | 225 | 0.12 | 9.0 | 8.7 |
| ESPA2 | 400 | 150 | 0.15 | 7.3 | 9.1 |
| ESPA2+ | 430 | 150 | 0.17 | 6.7 | 10.7 |
| ESPA1 | 400 | 150 | 0.20 | 5.8 | 29.5 |
| ESPA3 | 400 | 150 | 0.23 | 5.1 | 72.9 |
| ESPA4 | 400 | 100 | 0.3 | 4.5 | 29.9 |
1.2 超低壓膜系統設計
圖-3 不同反滲透系統的凈推動力 圖-4 改善系統產水量不平衡的各種設計方法對凈推動力的影響
模擬系統配置：6芯壓力容器、2/1排列，系統產水通量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方向會快速升高，這樣給水側滲透壓會同樣快速升高。另外由于超低壓膜給水壓力本來就低，產水凈推動力(給水壓力與滲透壓的差值)沿給水流動方向下降快，從而造成系統前后端產水流量差別較大(見圖1)。這種現象就是產水分布不平衡，膜的透水性能越好，產水分布不平衡越明顯，如圖-3所示，ESPA4的產水不平衡最為嚴重，到了末端的膜元件幾乎完全不產水了。解決系統產水分布平衡問題的改進設計方法有一段產水背壓(人為增加一段的產水壓力，通過閥門控制產水量)、二段增壓(通過段間增壓泵提高二段凈推動力，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，相當于一段產水背壓)等。圖-4給出了改進設計系統的凈推動力分布狀況。
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業用水和生活用水，近年來對于硼(B)的關注越來越多，硼在1mg/L便會對農業產生副作用，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狀態存在，一般膜的脫除率在80%以下。SWC4對硼的脫除率特別高，可以滿足WHO對飲用水硼脫除率的要求。硼脫除率受進水的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發展的一個重要的限制因素，在保持高脫鹽率的情況提高膜的產水通量就可以有效降低系統操作壓力，從而減少能耗。SWC5同時具備了高脫鹽率和高產水通量，與較為傳統的SWC3膜相比，透鹽率降低了33%，產水量增加了35%。SWC5現場試驗數據表明，產水含鹽量和運行壓力均低于設計值。
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、冷卻循環水回用、工業廢水和市政廢水的回用處理，原水中含有懸浮顆粒、有機物、膠體物質和微生物等可能造成膜污染的雜質。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。
增強膜耐污染性的技術手段有兩個方面，一方面是改變膜表面化學，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的基礎上，低壓降低污染膜LFC3-LD同時結合了兩種減少污染的措施，能夠適應地表水、污水及過程流體等易污染性原水。在實際運行中，LFC3-LD長時間保持了穩定的脫鹽率、產水流量和系統壓力降。
圖-6 表面電荷 圖-7 LFC膜的耐污染性能
圖-7 6芯壓力容器2/1排列系統的壓力降對比 圖-8 LFC3-LD膜的實際運行壓力降
圖-9 LFC3-LD膜實際運行脫鹽率
圖-8和圖-9是LFC3-LD膜處理石化廠循環水的現場試驗數據，原水經過超濾預處理，~40mg/L。RO系統安裝2支LFC3-LD膜，采用濃水循環方式運行，壓力容器入口處電導率6000-7000μm/cm。可以看出系統壓降非常穩定(約0.0MPa)，脫鹽率基本穩定在99%以上。
