2018年11月投入使用的科威特多哈海水淡化廠,每天淡化27萬噸海水,爲90萬人口提供淡水資源。海水淡化采用反滲透膜法的海水淡化裝置,使用的是聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜。
水源的危機
水資源的保護是全世界的重要問題。世界上,總水量中只有大約0.01%可供人類運用,隨著氣候變化、人口增長和全球城市化進程的加速,水的可用性在不斷下降。
全球已有160多個國家使用淡化海水,中東地區占全球海水淡化産能60%以上,比如以色列70%的飲用水來自海水淡化。除中東國家外,北非、歐洲、中北美洲、東南亞一帶國家海水淡化應用程度也很高,尤其是一些島嶼。
中東地區的海水淡化廠。圖片來源:REUTERS5-10
海水淡化在生産技術上主要使用反滲透、多級閃蒸等。反滲透法是用膜對水分子進行篩選,在一定壓力下,當水透過過濾膜時,其他物質被截留在膜表面不能透過,從而過濾掉海水中的鹽分和鈣、鎂等其他礦物固體,取得淡水。
2019年的新加坡裕廊島海水淡化項目,就是采用了超濾膜系統增強型PVDF膜技術。
一方面,嚴重的幹旱使得部分地區沒有新鮮的飲用水;另一方面,一些地區汙染嚴重,水無法飲用。
針對工業廢水不達標問題,2016年12月,環保部印發《關于實施工業汙染源全面達標排放計劃的通知》,2017年9月,環保部印發《工業集聚區水汙染治理任務推進方案》。
2021年1月,國家發改委發布了《關于推進汙水資源化利用的指導意見》,設定了城市再生水利用率的目標,即縣城及城市利用率達到25%以上,京津冀地區達到35%以上。並提出選擇具有代表性的國家高新技術産業開發區以及長三角地區的電子信息、紡織印染、化工材料高新園區率先示範汙水零排放項目。
PVDF在水處理中應用
PVDF是一種-CH2-CF2-爲分子單元的白色半結晶型聚合物,具有極強的疏水性,使它可成爲膜蒸餾和膜吸收等分離過程的理想材料。在水處理過程中,PVDF主要應用在三個領域:市政汙水處理、工業汙水深度處理、海水淡化脫鹽。
PVDF具有良好的機械強度,膜絲堅韌,伸長率高,不易斷絲,使用壽命長。
它具有耐化學性、電化學穩定性、抗疲勞等特點,耐酸堿性很好,能夠有效防止膜元件被汙染。
PVDF膜的過濾孔徑通常爲0.1微米,能夠有效過濾水中的大分子、細菌、病毒、泥沙、微生物、膠體、硅藻等雜質,不易被雜質汙染、堵塞。
在工業汙水處理中,紡織行業在生産過程中要使用不同的化學物質,廢水中包括許多雜質,以及一些重金屬離子和致癌物質,難以用生物化學方法處理,目前主要采用PVDF爲主要材質的膜,分離汙水中有機汙染物。
油水分離一直是個難題,包括石油行業中的油田采出水、鋼鐵行業中的冷軋含油廢水,以及海洋原油泄漏等。以PVDF爲主要材質的分離膜具有耐高溫、耐腐蝕、分離效率高和分離精度高的優點,成爲目前油水分離領域的主要方向,對處理含油廢水有顯著成效。
在城市汙水處理中,PVDF主要應用在中水回用利用上。新加坡在2000年就把膜處理技術應用在中水回用工程中,用此處理汙水廠二級處理的汙水,將處理後的汙水用于綠化澆灌及廁所沖水。
醫院汙水成分複雜,含有病原性微生物、有毒、有害的物理化學汙染物和放射性汙染等,主要采用PVDF作爲複合膜材料過濾分離。
此外,PVDF還在自來水飲用上得到應用。PVDF超濾膜過濾精度高,可以濾除細菌、病毒、鐵鏽等物質,又能保留水中的微量元素,是淨化飲用的發展方向。