污水资源化趋势下,反渗透膜的破局之道

当你打开一罐“快乐水”时,

是否想过水从何来?

是否知道,

印度的可乐含有经过处理的雨水,

马尔代夫的可乐可能含有淡化海水,

这些水之所以来源各异,

是因为全球正面临水资源短缺。

全球500个大中型城市中约10亿人口面临水资源短缺,8.44亿人缺乏最基础的饮用水供应,废水污染造成全球形成500多个死亡地带,历来被认为资源丰富的中国,人均水资源占有量也仅为2400km³。

预计到2025年,全世界将有30亿人口缺水,涉及的国家和地区达40多个。21世纪水资源正在变成一种宝贵的稀缺资源,水资源严重缺乏构成的水危机已威胁到世界上的绝大多数国家,使各国的经济、社会和科技发展都面临着严峻考验。

“石油危机之后的下一个危机是水”——联合国。

应对水资源危机,反渗透膜大有可为

科技创新促进人类社会可持续发展。为了缓解这一现状,海水淡化、污水处理等技术已开始受到社会的强烈关注,而其中的关键——水处理膜技术更是重中之重。

水处理膜法技术凭借着成本较低、分离精度高、投资少、易于操作和管理、对环境二次污染小等优势在净水和污水处理与回用中有很好的应用前景,成为解决水资源危机的重要技术手段,其发展得到了全球范围的高度重视。

膜材料的性质和化学结构对膜分离性能起决定性地作用,根据膜孔径的大小或阻留微粒的表观尺寸从大到小可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。

水处理膜的分类

在各种膜分离技术中,反渗透技术是近年来应用最成功、发展最快、普及最广的一种。自1948年Nollet首次发现渗透现象以来,全球各国开始不断研发反渗透膜技术,到20世纪90年代出现低压反渗透复合,为第三代反渗透膜,膜性能大幅度提高,为反渗透膜技术发展开辟了广阔的前景。

反渗透膜分离技术是依靠反渗透的压力下,使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程,相对于其他膜分离技术,反渗透膜具有设计和操作简单的优势,再加上其所具有的净化效率高、建造周期短以及环境友好等优点,其应用范围已从最初的脱盐扩展到电子、化工、医药、食品、饮料、冶金和环保等领域的纯水超纯水制备、废水处理及物料的预浓缩等。

虽然反渗透膜的优势突出,但是目前反渗透膜技术存在诸如脱盐率不高、选择性差、低稳定性之类的缺陷。另外,反渗透膜对一些具有特殊截留机理的离子的脱除效果还不理想(例如硼,一般去除率低于90%),反渗透膜的截留性能仍需进一步提高。

而对于一直伴随着膜技术发展的膜污染问题,对它的控制已成为延长膜使用寿命和降低运行成本的关键。预处理与膜清洗是目前抑制膜污染的主要方法,但是清洗剂或是杀菌剂常常又会导致复合膜性能不同程度的下降。

因此,寻找和探索用于制造具有改进的渗透性、选择性、化学稳定性和抗污染性的新材料尤为关键。通过有效地进行复合膜支撑体的改进,新型功能单体的开发,复合膜制备工艺的改进和参数的优化等,开发出低成本、抗污染、高脱盐率、高寿命等特点的理想反渗透膜成为国内外企业争相布局的技术高地。

随着材料科学的不断发展,一些新型反渗透膜在解决水的渗透性、选择性及稳定性等方面表现出了广阔的前景,如超薄的石墨烯多孔膜、富勒烯衍生物纳米粒子改性反渗透膜、具有二维水通道的层状薄膜、厚度可调的超薄聚酰胺薄膜等等,但相关研究仍然局限于实验室规模。

从反渗透技术本身的发展规律来看,新材料膜代替传统反渗透膜是未来发展的趋势。但是,一项全新的技术从理念提出,到真正实现大规模应用,仍然需要漫长的时间。

国外反渗透膜企业占据市场主导地位

中国市场反渗透膜产品的销售总额约为全球销售总额的30%-35%,市场规模居世界首位。但反渗透膜属于寡头竞争格局,国产化率低,国外反渗透膜产品占据国内市场主导地位。据2012年国联证券研究所公布的数据显示,陶氏、日东电工-海德能、东丽三家外资巨头占据了我国反渗透膜市场的前三位,共70%以上的市场份额

国外膜企业概况

我国反渗透膜行业的破局之路

我国从60年代开始研制反渗透膜,但由于原材料及基础工业条件限制,生产的膜元件性能偏低,与进口膜在价格、市场占有率等方面的存在较大差异。经过50多年的发展,我国反渗透膜产业已逐渐走向成熟,国内反渗透膜产品的性能与稳定性与国外头部企业的差距正逐渐缩小,进口替代趋势日益明显。

中国反渗透膜产业技术发展历程

1月4日,发改委、工信部、财政部等发布《关于推进污水资源化利用的指导意见》,到2025年全国地级以上缺水城市再生水利用率达到25%以上;到2035年,形成系统、安全、环保、经济的污水资源化利用格局。

在政策推动下,我国反渗透膜材料质量的不断提高,膜应用技术的不断成熟,国内反渗透膜产品的性能和稳定性与国外头部企业的差距正逐渐缩小。

国内反渗透膜企业主要有时代沃顿、拓邦环保等10余家企业。其中,时代沃顿的PURO系列抗污染膜元件是我国自主开发用于苦咸水脱盐的芳香族聚酰胺复合膜元件,最高脱盐率可达最高脱盐率可达99.75%,具有运行压力低、产水量高、耐清洗的特点。

拓邦环保拥有的核心专利技术“富勒烯衍生物纳米粒子诱导制备反渗透膜”,可使产品维持较高脱盐率,同时水通量得到大幅提升,不仅如此,使用寿命也提升至少30%以上,由此开创了工业极低压抗污染反渗透膜这一新品类,并成功应用于污水资源化应用这一热门领域。

目前反渗透膜的市场需求不断扩大,我国本土一些实力较为雄厚的企业努力发展,如中化国际、中石化等国企膜公司,在技术研发创新方面不断进步,并陆续建成投产,进军反渗透膜市场,未来我国本土反渗透膜品牌竞争力将不断增强。

反渗透膜未来发展趋势

随着新材料行业以及膜产业的快速发展,加上当前全世界对于海水淡化重视以及环保压力的驱动下,市场对反渗透膜的需求将越来越大,未来全球反渗透膜市场仍将继续扩张。

预期未来3-5年内,国内反渗透膜的国产化率将进一步改善,进口替代趋势日益明显,国产膜的市场份额将不断增加,中国膜产业的代表时代沃顿、拓邦环保等企业也已经进入快速增长期,膜产业发展前景十分广阔。

此外,反渗透膜行业还有一个明显的发展趋势,是朝全产业链延伸发展,这也将成为未来反渗透膜乃至整个膜行业的发展趋势。

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