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​十四五污水处理规划发布,陶瓷膜如何掘金千亿市场?

发布日期:2021-07-26 浏览次数:366

近日,国家发展改革委、住房城乡建设部联合印发《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》。水资源短缺及水处理标准的提高将推动污水处理产业的升级,而膜工艺依靠其自身的技术优势在污水资源化市场得到广泛应用。据机构预测:“十四五”期间膜处理市场将达到千亿级,市场空间广阔,污水资源化政策利好膜技术公司。


膜是指在不同驱动力作用下将两种不同相物质进行分离的介质。在驱动力的作用下,利用膜的透过性可使混合液中的离子、分子及某些微粒分离。按照成膜材料不同,膜分为有机膜和无机膜。有机膜首先得到应用,较高的分离效率、设备简单、易成型等优点使它广泛应用于水处理领域中,但其本身存在一些无法克服的缺点,如:使用寿命短、化学稳定性差、抗微生物能力弱、热稳定性差等。


在我国,20世纪80年代以来,无机膜逐步受到人们关注,尤其自90年代后,无机膜发展速度年增长率达到30%-35%,其中以陶瓷膜为主导,占到80%左右。


无机陶瓷膜的性能特点

陶瓷膜是固态膜的一种,其载体支持体为多孔陶瓷材料,过滤层为微孔陶瓷膜,形态包括管状、平板状和多通道状,陶瓷膜表面微孔均匀排列,孔径通常为0.004~15μm。


陶瓷膜主要是由Al2O3、TiO2、ZrO2和SiO2等制备而成,以其化学稳定性好、耐高温及使用寿命长等优点而著称。


1、耐高温


无机陶瓷膜具有极好的耐热性,大多数陶瓷膜可在1000-1300℃高温下使用,可用于高温、高粘度流体的分离。对于那些不利于化学清洗的情况,如食品、乳品、制药等工业,或者是希望通过高温操作来降低进料物粘度的场合,无机陶瓷膜均适用。


2、化学稳定性好


无机陶瓷膜耐酸碱和生物腐蚀,比金属和其它有机材料的膜质更加耐酸碱腐蚀。由于能够稳定地经受氢氧化物或酸的腐蚀,可用于处理pH值有极性的物料,特别是碱性物料。陶瓷膜能长时间地经受各种介质的侵蚀,能抗生物降解,抗菌性能好。


3、渗透选择性高


由于多孔陶瓷膜的孔径都很小,因此其渗透选择性很高,多用于超滤和微滤。另外,无机陶瓷纳滤膜对无机离子还具有不同的分离特性,可以根据不同的需要来选择材质,对特定的离子进行分离。


4、污染小,易清洗,使用寿命长


由于陶瓷膜的化学稳定性好,在分离过程中不会产生相变,因此污染较小。另外,由于陶瓷膜的化学及结构的稳定性,应用中的膜清洗问题可以轻易地解决。例如:可以用酸性、碱性和活性酶清洗剂来分别处理膜上的不溶沉淀、油性物质和蛋白质等,也可以采用蒸气和高压蒸煮进行膜的消毒处理;由于陶瓷膜元件具有非对称结构,可采用反冲技术清除膜表面膜孔内的污物。陶瓷膜不易老化,使用寿命一般为3-5年,有的甚至可以达到8-10年。


5、光催化作用


有些材质的陶瓷膜,如TiO2膜,具有很强的光催化作用,在紫外光的照射下,能够杀死进料物中细菌和其它微生物,可用于水处理、空气净化、杀菌等。


陶瓷膜在污水处理中的应用


1、在处理食品工业废水中的应用


陶瓷膜对食品工业废水的处理大部分的研究都集中在对果汁、啤酒、酱油、醋、银杏水、茶、各种中草药的过滤等。可见陶瓷膜由于耐高温、化学稳定性好、耐酸碱和生物腐蚀等优点,应用范围较广。


2、在处理纺织和造纸废水中的应用


纺织和造纸废水的特点是水量大、色度高、成分复杂,水中含有染料、浆料、纤维杂质、重金属等,具有较大的生物毒性,严重污染环境。用无机陶瓷膜处理不溶染料效果很好,处理可溶染料时,通过增加表面活性剂,可使染料的去除率显著提高。


3、在处理化工废水中的应用


陶瓷膜在生物化工领域的应用研究是近期的热点之一,涉及领域包括细胞脱除、无菌水生产以及低分子有机物的澄清和生物膜反应器等。利用陶瓷膜分离发酵液中的菌体,在国内已有多套工业规模装置,不仅可以提高产品生产率,降低装置负荷,而且极有利于环境保护,废水排放量大大减少。


4、在处理含油废水中的应用


含油废水来源广泛,诸如石油化工、石油开采、交通运输、机械加工、皮革、纺织、食品、医药等等。每年世界上有500-1000万吨油类通过各种途径流入海洋。由于含油污水的化学耗氧量高,含油量大,对环境污染严重,无论是环境治理、油类回收及水的再利用都要求对含油污水进行有效分离。其中,油田含油污水的高效处理是油田可持续开发的关键,陶瓷膜过滤技术由于具有分离效果好、无二次污染等优点已成为目前的研究热点。


5、处理生活及城市废水


黄肖容等利用离心方法制备了梯度氧化铝膜管,用之净化生活污水。氧化铝膜不形成孔塞,容易清洗,截留下的污染物停留在控制层表面,经机械清洗后截留率和通量可大多恢复。控制层孔径介于0.1-0.35μm的梯度氧化铝管对生活污水的BOD5的去除率达83%,CODcr的去除率达67%,大于0.1μm固体悬浮物的去除率高。


陶瓷膜生物反应器在水处理中的应用


陶瓷膜在水处理中运用较为广泛的方向是废水处理,尤其是工业废水的处理。与工业废水相比,陶瓷膜在生活污水处理方面的研究及应用还较少见。陶瓷膜在生活污水处理中的应用主要有两种类型,一类是膜分离,另一类是与生物反应器结合形成的陶瓷膜生物反应器(Ceramic membrane bioreactor,CMBR)。目前的应用研究中采用第一种的较少见,大多数都为陶瓷膜生物反应器,且以厌氧工艺居多。


膜生物反应器(MBR)是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术,以膜组件的高效分离作用取代传统活性污泥法中的二沉池,实现传统工艺所无法比拟的泥水分离和污泥浓缩效果,并通过膜对废水中悬浮固体、有机物、病原菌和病毒的高效截留作用,大大提高了出水水质。


与传统的生化处理技术相比,MBR具有以下主要特点:处理效率高、出水水质好;设备紧凑、占地面积小;易实现自动控制、运行管理简单。20世纪80年代以来,该技术愈来愈受到重视,成为水处理技术研究的一个热点。目前,膜生物反应器已应用于美国、德国、法国、日本和埃及等十多个国家。


对于集中的市政污水来说,水处理量大,污染物浓度相对较低,膜过滤所消耗的能量和动力较大,经济性较差。但可以使用陶瓷膜生物反应器对生活污水进行分散式处理,如针对一个小区的污水处理回用,陶瓷膜生物反应器运行稳定、维护需求少、机械强度大、使用寿命长且耐化学腐蚀,相比有机膜有很大的竞争力和优势。


小结


陶瓷膜生物反应器由于其坚固性、可靠性、稳定的出水效果及较少的操作维护需求在工业水处理中广受好评,在处理分散式生活污水具有很大的应用前景。


参考来源:

平板陶瓷膜生物反应器处理分散式生活污水及膜污染特性研究,董越,北京交通大学2015

分置式厌氧陶瓷膜生物反应器处理生活污水研究,刘莉莉,哈尔滨工业大学2018

农村分散式污水陶瓷膜深度处理工艺,陆虹菊,东华大学2010