膜技术现在与未来

1、2021年7月13日14时54分 8 8 2020 2020 膜开发膜开发 应用工程应用工程 生产工程生产工程 日东电工膜事业部日东电工膜事业部 技术机构技术机构 员工数员工数 R&D 费用占费用占 销售额的销售额的6% 2021年7月13日14时54分 海德能技术研发战略海德能技术研发战略 近期计划近期计划现行技术的现行技术的 改进与提高改进与提高 1-2 1-2 年年 14 14课题课题 中期计划中期计划 新技术开发新技术开发 2- 4 2- 4 年年 7 7课题课题 远期计划远期计划新领域开拓新领域开拓 4-10 4-10 年年 2 2课题课题 最终目的：通过调研、论证，确定和实施技术改

2、进和技最终目的：通过调研、论证，确定和实施技术改进和技 术创新的项目和发展方向，满足用户的需求。确保海德术创新的项目和发展方向，满足用户的需求。确保海德 能公司在膜技术领域内持续的领先地位。能公司在膜技术领域内持续的领先地位。 2021年7月13日14时54分 海德能膜产品系列（一）海德能膜产品系列（一） 海水膜海水膜苦咸水苦咸水超低压超低压纳滤膜纳滤膜低污染低污染 SWC1SWC1CPA2CPA2ESPA1ESPA1ESNA1ESNA1LFC1LFC1 SWC3SWC3CPA3CPA3ESPA2ESPA2ESNA1 LFESNA1 LFLFC3LFC3 SWC-BSWC-BCPA4CPA4E

3、SPA3ESPA3HydracoreHydracore SWC4SWC4ESPA4ESPA4 表中红色字体为表中红色字体为新产品新产品 2021年7月13日14时54分 海德能膜产品系列（二）海德能膜产品系列（二） 中空纤维中空纤维UF UF HydracapHydracap 食品加工工食品加工工 艺及分离用艺及分离用 膜膜 特殊用途特殊用途 （脱色浓缩）（脱色浓缩） 按长度分为：按长度分为：60, 4060, 40Dairy RODairy ROHydracoreHydracore 按用途分为：工业用（按用途分为：工业用（INDIND）, 市政废水（市政废水（ MUNIMUNI） Dairy

4、 UFDairy UF 按内径分为：常规按内径分为：常规( (0.8mm0.8mm), ), 粗丝粗丝LDLD（1.2mm)1.2mm) 食品卫生型食品卫生型 主要通过认证：主要通过认证：NSF, DWINSF, DWI Fr Fr* *, Ger, Ger* * 其它其它 * 正在进行中 2021年7月13日14时54分 膜对膜对 pH pH 的耐受极限的耐受极限 制造商制造商膜类型膜类型最高温度最高温度pH50 C45 C35 C30 C DowBW3045 C2 to 112 to 101 to 111 to 12 SW3045 C2 to 113 to 102 to 112 to 12

5、 NF7035 C3 to 93 to 102 to 111 to 11 NF4545 C3 to 103 to 102 to 112 to 11 NF4045 C2 to 111 to 12 海德能CPA45 C2 to 112 to 102 to 12 ESPA45 C2 to 112 to 102 to 12 LFC45 C3 to 102 to 102 to 12 SWC45 C3 to 102 to 102 to 11 ESNA45 C3 to 103 to 102 to 12 最大清洗温度最大清洗温度连续运行连续运行 2 to 11.5 2 to 11.5 2 to 11.5 2

6、to 11.5 2 to 12 2 to 12 2 to 11.5 2 to 12 2 to 12 其他公司苦咸水 海水 纳滤 纳滤 纳滤 2021年7月13日14时54分 pH pH 耐受度研究结果对比耐受度研究结果对比 98.40 98.60 98.80 99.00 99.20 99.40 99.60 99.80 pH10pH11pH12 清清 洗洗 pH 和和 温温 度度 (C) 脱脱 盐盐 率率 (%) 30 C30 C30 C40 C40 C40 C45 C45 C45 C Competition Competition Competition Competition Competi

7、tion Competition Competition Competition Competition Competition Original Rej. CPA2 CPA2 CPA2 CPA2 CPA2 CPA2 CPA2 CPA2 CPA2 CPA2 Original Rej. 2021年7月13日14时54分 膜表皮层厚度 800 A : 旧工艺 1100 A : 新技术 新型膜的机械性能改造新型膜的机械性能改造 2021年7月13日14时54分 2021年7月13日14时54分 HYDRACoReHYDRACoRe 用于脱色的纳滤膜用于脱色的纳滤膜 截留分子量截留分子量1000100

8、0 脱盐率（氯化钠）脱盐率（氯化钠）50% 50% ，可最大限度的减，可最大限度的减 少水质的不稳定性少水质的不稳定性 膜面积膜面积365 365 ft ft2 2，产水量产水量8,200 8,200 gpd gpd 耐氯性强耐氯性强 2021年7月13日14时54分 Membrane Element HYDRACoRe 50 Performance: Permeate Flow: 8200 gpd (31.0 m3 /d) NaCl Rejection: 50% * MWCO 1,000 daltons * * Salt rejection of this membrane varies s

9、ignificantly depending on concentration, pressure and ion species. Contact Hydranautics technical support for more information. * Molecular Weight Cut-Off measurement based on Cytochrome C Type Configuration: Spiral Wound Membrane Polymer: Sulfonated Polyether Sulfone Nominal Membrane Area: 365 ft 2

10、 Application Data Maximum Applied Pressure: 600 psig (4.14 MPa) Maximum Continuous Chlorine Concentration: 10 PPM Maximum Chlorine Concentration for Cleaning: 100 PPM Maximum Operating Temperature: 104 F (40 C) Feedwater pH Range: 2.0 - 12.0 Maximum Feedwater Turbidity: 1.0 NTU Maximum Feedwater SDI

11、 (15 mins): 5.0 Maximum Feed Flow: 75 GPM (17 m 3/h) Maximum Pressure Drop for Each Element: 10 psi Test Conditions The stated performance is based on the following test conditions: 500 ppm NaCl 75 psi (0.52 MPa) Applied Pressure 77 F (25 C) Operating Temperature 15% Permeate Recovery 6.5 Fe ed pH 2

12、021年7月13日14时54分 HydraCoRe HydraCoRe 膜表面特征膜表面特征 （放大（放大4000 4000 倍）倍） 典型的聚酰胺RO膜表面 HydraCoRe 膜表面 2021年7月13日14时54分 HydraCoRe HydraCoRe 对不同离子的脱除率对不同离子的脱除率 阴离子阴离子 阳离子阳离子 A-A2- ClSO4 原子量原子量3596 M+Na2350%90% M2+Mg2420%35% Ca4012%- 2021年7月13日14时54分 HydraCoRe HydraCoRe 对自由氯的耐受度对自由氯的耐受度 20 40 60 80 100 脱盐率的保持性

13、.% 0 浸泡时间（天） 1020304050 Hydracore memb. 1000ppm CA memb. 100ppm 2021年7月13日14时54分 Irvine Ranch Irvine Ranch 地表水脱色项目运行地表水脱色项目运行 参数参数 参数参数原水原水 HydraCoReHydraCoRe 透过液透过液 普通普通RORO膜膜 透过液透过液 色度色度 cu cu2002005 55 5 电导率电导率 uS/cmuS/cm50050035035048 48 钙，钙， mg/Lmg/L13 138.58.50.20.2 特性水通量特性水通量 gfd/psigfd/psi 0

14、.430.430.480.48 2021年7月13日14时54分 0 5 10 15 20 25 050100150 运行时间运行时间 (天天) 标准化的产品水流量标准化的产品水流量 (gpm) Irvine Ranch Irvine Ranch 地表水脱色项目中地表水脱色项目中 HydraCoReHydraCoRe膜中试结果膜中试结果 清洗 清洗 2021年7月13日14时54分 HydraCoRe膜的脱色效果 Irvine Ranch 现场试验 原水pH 8.2, 温度 24.8 C Irvine Ranch Feed Water 1 10 100 1000 123 试试 验验 数数 值值

15、 原水色度原水色度 原水电导度原水电导度 水通量水通量 (gfd) 淡水色度淡水色度 淡水电导度淡水电导度 2021年7月13日14时54分 Irvine Ranch Irvine Ranch 膜系统设计参数膜系统设计参数 参数参数设计值设计值 膜的排列膜的排列 36 36 x 18 x 7x 18 x 7 平均水通量平均水通量 15.5 15.5 gfdgfd 原水原水 TDSTDS365 365 mg/Lmg/L 产品水产品水 TDSTDS352 352 mg/Lmg/L 操作压力操作压力 74 74 psipsi（5 Bar5 Bar） 2021年7月13日14时54分 HydraCoR

16、e 50 HydraCoRe 50 在在Irvine Ranch Irvine Ranch 水厂中的运行数据水厂中的运行数据 Design1号机组号机组2号机组号机组3号机组号机组 Feed Stage 1105.8106.5107.1 Feed Stage 277.175.776.5 Feed Stage 357.757.158 Permeate Stage 116.316.216.9 Permeate Stage 217.216.617.5 Permeate Combined10.3ooc10.4 Concentrate Stage 338.936.738.1 Permeate Stage

17、 11200.71243.41216.5 Permeate Stage 2460.4505.9434.9 Permeate Combined1763.61795.81756.8 Concentrate166.5170.1167.9 Feed (Perm + Conc)1930.11965.91924.7 Recovery91.3791.4191.28 Feed577577577 Permeate 566.5OOC536.3 Concentrate 1477.41559.51551.6 Salt Passage (%) (1) Feed333333333 Permeate 21 3 Concen

18、trate284227402842 Cl2 (mg/L) 000 SDI3.533.533.53 Turbidity (NTU)0.5880.5880.588 Temperature (皚F)91.691.691.6 操作压力 (psig) 流量 (gpm) 色度 (cu) 原水 电导率 (mS/m) 色度脱除率 高达99.9% 产品水电导 基本不变 操作压力低 2021年7月13日14时54分 2021年7月13日14时54分 ESNA1-LFESNA1-LF 适合于水质软化的低污染纳滤膜适合于水质软化的低污染纳滤膜 一级处理可以达标一级处理可以达标( (已申请美国专利已申请美国专利) )

19、膜表面经过改性处理，可抗有机物污染膜表面经过改性处理，可抗有机物污染 对铁（对铁（Fe Fe）的去除率为的去除率为97%97% 对硬度的去除率是对硬度的去除率是93% 93% 水通量水通量9,500 9,500 gpdgpd，膜面积为膜面积为400 ft400 ft2 2 2021年7月13日14时54分 ESNA1-LFESNA1-LF Figure 2 中试试验中试试验 特性水通量特性水通量 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 051015202530354045505560 运行时间（天）运行时间（天） 特性水通量特性水通量 MTCw

20、 (gfd/psi) Membrane AESNA LF Keifer, AWWA 2002 2021年7月13日14时54分 ESNA1-LF ESNA1-LF 运行数据运行数据 Figure 3 透过水的硬度透过水的硬度 低污染低污染NF vs 两级系统两级系统 0 20 40 60 80 100 120 140 0510152025303540 运行时间（天）运行时间（天） 硬度硬度 ppm CaCO3 STG 2 - Membrane ASTG 1 - Membrane BTotalESNA LF 8/31/00 Specified Limits Keifer, AWWA 2002 2

21、021年7月13日14时54分 2021年7月13日14时54分 ESPA4ESPA4 超低工作压力超低工作压力, , 高脱盐率高脱盐率 芳香族聚酰胺复合膜芳香族聚酰胺复合膜 相对于相对于ESPA1ESPA1，水通量高出水通量高出35%35% 脱盐率于脱盐率于ESPA1ESPA1相当相当 有有4040 4040 和和 8040 8040 规格的组件规格的组件 2021年7月13日14时54分 ESPA4ESPA4具有高水通量和高脱盐率的性能具有高水通量和高脱盐率的性能 01000200030004000 水通量(gpd) 脱盐率 (%) 99.9 99. 90.0 测试溶液：500 ppm N

22、aCl ，操作压力：100 psi 回收率：15%，水温：25 C 膜元件规格： 4040 CPA2 ESPA2 ESPA1ESPA4 ESPA3 XLE 2021年7月13日14时54分 ESPA 4ESPA 4操作压力与产水量的关系操作压力与产水量的关系 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 075150225 操作压力操作压力(psi) 产水量产水量(gpd) ESPA4 ESPA3 ESPA1 ESPA2 CPA2 测试溶液：测试溶液：500 ppm NaCl 回收率：回收率： 15% 测试液温度：测试液温度：25 deg. C 膜元件规格：

23、膜元件规格：4040 2021年7月13日14时54分 ESPA 4ESPA 4脱盐率与操作压力的关系脱盐率与操作压力的关系 075150225 操作压力操作压力(psi) 脱盐率脱盐率 (%) ESPA4 ESPA3 ESPA1 ESPA2 CPA2 99.9 99.0 90.0 50.0 测试溶液：测试溶液：500 ppm NaCl 回收率：回收率： 15% 测试液温度：测试液温度：25 deg. C 膜元件类型：膜元件类型：4040 2021年7月13日14时54分 ESPA4ESPA4膜组件参数膜组件参数 组件类型组件类型膜面积膜面积 (ft (ft2 2) ) 产水量产水量 (gpd

24、)(gpd) 脱盐率脱盐率 最低最低 ( (平均平均) ) 4040404085 852500250099.099.0 (99.2)(99.2) 8040804040040012,00012,00099.099.0 (99.2)(99.2) 测试条件测试条件: 100 psi, 500 ppm NaCl, 25 C 2021年7月13日14时54分 ESPA4ESPA4的应用领域的应用领域 两级脱盐系统中的第二级两级脱盐系统中的第二级 低盐度进水中需要去除一些特殊的离子（如低盐度进水中需要去除一些特殊的离子（如 砷等）砷等） 对中等盐度进水，可采用增压泵即可对中等盐度进水，可采用增压泵即可 在

25、市政水处理项目中进行组合使用，以控制在市政水处理项目中进行组合使用，以控制 水中的化学物质水中的化学物质 特定的用途特定的用途 2021年7月13日14时54分 2021年7月13日14时54分 迅速混合迅速混合絮凝絮凝 从卫生区入水从卫生区入水 沉降沉降 再碳酸化再碳酸化 并沉降并沉降 石灰还原石灰还原 过滤过滤 活性碳活性碳 吸附吸附 碳再生碳再生 加氯加氯 RO脱盐脱盐 混合并混合并 储存储存 到注入井 21水厂废水回用系统流程图 2021年7月13日14时54分 21水厂水厂 CAB MEMBRANE OPER. 04,89 - 02,91 150 200 250 300 350 40

26、0 给水压力给水压力(psi) 0 200 400 600 800 累积运行时间累积运行时间(天天) 21 水厂醋酸纤维素膜运行数据水厂醋酸纤维素膜运行数据 89 年年 4 月月- 91 年年 2 月月 2021年7月13日14时54分 80 84 88 92 96 100 脱脱盐盐率率% 0 200 400 600 800 累累积积运运行行时时间间(天天) 21 水水厂厂醋醋酸酸纤纤维维素素膜膜运运行行数数据据 89 年年 4 月月- 91 年年 2 月月 2021年7月13日14时54分 100 150 200 250 300 350 400 FEED PRESSURE, PSI 0 20

27、0 400 600 800 1000 1200 运行时间运行时间( 天天) 在在OCWD,CPA2膜运行数据膜运行数据 传统预处理传统预处理, 水通量水通量10 GFD 2021年7月13日14时54分 OPERATION OF ESPA ELEMENTS AT WATER FACTORY 21 90,0% 92,0% 94,0% 96,0% 98,0% 100,0% 20-Jul-9505-Feb-9623-Aug-9611-Mar-9727-Sep-97 On line period Salt rejection 21 水厂水厂 ESPA 膜运行数据膜运行数据 90,0% 92,0% 94

28、,0% 96,0% 98,0% 100,0% 95.07.20 96.02.05 96.08.23 97.03.11 97.09.27 运行时间运行时间 脱盐率脱盐率 2021年7月13日14时54分 OPERATION OF ESPA 400 ft ELEMENTS AT WATER FACTORY 21 2 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 20-Jul-9505-Feb-9623-Aug-9611-Mrz-9727-Sep-97 On line period Feed pressure, PSI 21 水厂水厂 ESPA 400 ft2 膜运行数据

29、膜运行数据 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 95.07.20 96.02.05 96.08.23 97.03.11 97.09.27 运行时间运行时间 给水压力给水压力 psi 2021年7月13日14时54分 絮凝絮凝 从卫生区入水从卫生区入水 超滤超滤 活性碳活性碳 吸附吸附 碳再生碳再生 加氯加氯 RO脱盐脱盐 混合储存混合储存 到注入井 超滤超滤/反渗透废水处理流程图反渗透废水处理流程图 介质过滤介质过滤 2021年7月13日14时54分 SAN PASQUAL 现场现场 超滤处理废水超滤处理废水,浊度降低数据浊度降低数据 0 0.5 1 1.

30、5 2 2.5 3 3.5 0500100015002000250030003500400045005000 运行时间运行时间(小时小时) 浊度浊度, NTU Feed Filtrate 2021年7月13日14时54分 1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07 海德能公司中空纤维超滤膜对隐孢子虫的去除率海德能公司中空纤维超滤膜对隐孢子虫的去除率 给水给水 产水产水 2021年7月13日14时54分 ESPA Performance at San Pasqual Test Site, 10,9

31、6 - 03,98 permeate flux rate 10 gfd 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 02000400060008000100001200014000 Cumulative operating time, hr Feed pressure, psi and Temp, C Pressure Temp. 在在 San Pasqual 测试现场测试现场,ESPA 性能数据性能数据 96.10 98.03 0 20 40 60 80 10 12 14 16 18 20 0 200400600800100012001400 累积运行时间累积

32、运行时间(小时小时) 给水压力给水压力 psi , 温度温度 C 压力压力 温度温度 不同不同pH 下下 反渗透膜表面电荷情况反渗透膜表面电荷情况 (mV) 正电荷反渗透膜正电荷反渗透膜 pH 负电荷膜负电荷膜 中性电荷膜中性电荷膜 HYDRANAUTICS 24681012 0 LFC1 CPA2 LFC2 20 -20 -40 2021年7月13日14时54分 各种电荷离子表面活性剂对各种电荷离子表面活性剂对 LFC1膜的影响膜的影响 0 20 40 60 80 100 120 阳离子阳离子阴离子阴离子 两性两性 中性中性 表面活性剂种类表面活性剂种类 水通量保持度水通量保持度, % 新技

33、术新技术 传统膜技术传统膜技术 表面改性涂层的特殊效果表面改性涂层的特殊效果 2021年7月13日14时54分 LFC LFC 和传统聚酰胺膜和传统聚酰胺膜 在处理废水时的污染速度比较在处理废水时的污染速度比较 0 50 100 150 200 250 0500100015002000250030003500400045005000 运行时间运行时间, 小时小时 温度温度, deg. C 透过水通量透过水通量: 压力压力, MPa 温度温度, deg. C 20.3 LMH20.3 LMH27 LMH18.6 LMH LFC 膜膜 低压膜低压膜 给水压力给水压力, MPa 0.35 0.70

34、1.05 1.40 1.75 0 2021年7月13日14时54分 LFC LFC 膜元件基本参数膜元件基本参数 膜类型 Na Cl 脱盐率 产水量 gpd 混合离子 脱盐率 产水量 gpd LFC1 （现有） 99.5 平均 99.2 最低 11,00098.910,300 LFC3 （新型） 99.6 平均 99.5 最低 9,50099.648900 2021年7月13日14时54分 1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 海德能海德能 LFC1 膜病毒去除率膜病毒去除率 1998年年6月月 压缩压缩

35、标准标准 2021年7月13日14时54分 1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07 1.00E+08 反渗透膜病毒去除率反渗透膜病毒去除率 1998年年10月月 给水给水 透过水透过水 标准标准 压缩压缩 2021年7月13日14时54分 高污染废水高污染废水 工业废水或海水倒灌水的回用工业废水或海水倒灌水的回用 有机物质造成高污染有机物质造成高污染 工业用水需要高品质水工业用水需要高品质水 占地面积小，适合现有工厂改造占地面积小，适合现有工厂改造 使废物排放量降至最低使废物排放量降至最低

36、2021年7月13日14时54分 Bedok Bedok 示范水厂示范水厂 (10,000(10,000m3/m3/天天) ) 环境部环境部/ /公用事业局渴望回用二级处理废公用事业局渴望回用二级处理废 水水 从美国加州从美国加州 、亚利桑那州、亚利桑那州、 和德州取得和德州取得 经验经验 采用微滤和反渗透双重膜技术采用微滤和反渗透双重膜技术 2021年7月13日14时54分 2021年7月13日14时54分 脱盐脱盐 反渗透反渗透 微滤微滤 市政废水一级和二级分离市政废水一级和二级分离 微粒去除微粒去除 给水 125 psi 1053 gpm 714 mg/L 透过水 15 psi 859

37、gpm 31.8 mg/L 浓水 52 psi 194 gpm 3740 mg/L 温度: 29 C 通量: 9.9 gfd 2021年7月13日14时54分 2021年7月13日14时54分 RO RO 给水回收率给水回收率 : 80 - 83% : 80 - 83% RO RO 透水水质透水水质 : : 2021年7月13日14时54分 废水回用概要废水回用概要 传统反渗透回用系统的特性水通量衰减是因为混传统反渗透回用系统的特性水通量衰减是因为混 合污染，即有机物和胶体混合形成的污染层合污染，即有机物和胶体混合形成的污染层 氯胺污染层的存在并不是问题（不会造成压降）氯胺污染层的存在并不是问题（不会造成压降） 膜预处理去除给水中的胶体物质膜预处理去除给水中的胶体物质 亲水性膜表面使低污染复合膜具有稳定性能亲水性膜表面使低污染复合膜具有稳定性能 2021年7月13日14时54分 海德能膜产品系列（二）海德能膜产品系列（二） 中空纤维中空纤维UF UF HydracapHydracap 食品加工工食品加工工 艺及分离用艺及分离用 膜膜 特殊用途特殊用途 （脱色浓缩）（脱色浓缩） 按长度分为：按长度分为：60, 4060, 40Dairy RODairy R