新污染物带来新机遇，陶瓷膜可否取代PVDF膜？

       

自欧盟发布全氟和多氟烷基物（PFAS）限制提案以来已有一年时间。当时，人们担心行业首选的膜材料——聚偏二氟乙烯（ PVDF ）可能会与提案相冲突。Graeme Pearce博士讨论了PVDF膜是否还有长期前景，如果没有，陶瓷膜是否会从限制中受益。

图1 新加坡策士纳道浸没式陶瓷平板膜超滤饮用水厂（来源于网页）

在膜工业中，最常用的材料是PVDF（聚偏二氟乙烯）。然而，PVDF被认为是PFAS的一种，因此，可能无法满足某些豁免条件，无法获得相应的豁免权。

图2 全氟烷基化学品（PFAS）（来源于网页）

图3 PVDF膜（来源于网页）

最近声明表明，无论是支持还是反对继续使用PVDF的呼声都没有太大变化。

然而，就生产和在水处理产品中使用PFAS的权利而言，前景并不乐观。

如何平衡企业与用户的不同观点以及欧盟所有27个成员国环境和健康问题，这些复杂问题将继续令人头疼。不过，从目前情况来看， PVDF膜很可能会受到欧盟的限制。

PVDF已成为水处理膜的关键材料，在某些应用领域明显处于市场领先地位。

是否有迹象表明，陶瓷膜将利用PVDF前途未卜获利？答案似乎还模棱两可！

图4 PVDF膜结构图（来源于网页）

在讨论PFAS之前，一些市场早已将目光从聚合材料上转移。

例如，现在大约有一半的英国市政市场指定使用陶瓷膜，世界上最大的陶瓷膜饮用水厂将在一年内会在伯明翰附近投入使用。

图5 （a）陶瓷膜横截面示意图和产品图片；（b）德国弗劳霍夫IKTS公司开发的不同几何形状的单通道/多通道片状陶瓷膜的产品照片（来源论文“Ceramic membrane technology for water and wastewater treatment: A critical review of performance, full-scale applications, membrane fouling and prospects”）

作为聚合物早期采用者，英国一些用户几次不良体验使这些公司的决策者现在表示，“再也不使用PVDF了”。尽管那些早期一代产品的开发问题实际上已经成为过去式，但这些情感上的创伤已经转化为一种不可改变观点。

在评估聚合物与陶瓷材料选择时，大多数市场都要求公平竞争。

在 反渗透技术 出现的早期，工程师们可以对新标准化产品流量、去除率和价格进行全面比较。

当超滤技术出现时，比较变得更加容易，因为颗粒去除已成为理所当然的事情，唯一需要考虑的参数就是流量和价格。

可以说，由于存在不同的模式，仅考虑流量和价格，这一步可能迈得太远了，但进行简单比较的愿望促使这种方法得到了推广。

陶瓷膜的出现，使这种以通量和价格为重点的比较方法受到质疑。陶瓷具有更高的通量，但也更为昂贵。

当然，在考虑一个项目时，还有其他适用性问题或系统和操作的连锁效应需要考虑。

图6 浙江天行健水务有限公司管式陶瓷膜

这正是陶瓷膜在仍然对两种选择都开放的市场中难以取得重大突破的原因。尝试在性能和价格差异如此悬殊的情况下进行广泛比较可能会产生误导。维持现状显然风险更小。

陶瓷膜在工业市场中表现最佳，在这些市场中，最终用户并不关心不同膜供应商之间的流量和价格，而只关注膜系统为其应用提供的价值和回报。

工业应用通常具有一定的难度，如，膜污染、腐蚀性料液等问题，这些都是陶瓷膜非常适合的领域。

陶瓷膜可以采取哪些措施来增强其在更广泛市场中的吸引力？是否可以推动讨论，使陶瓷膜聚焦于聚合物膜难以解决的问题之上？

因为广泛的水处理应用有着多样化之需求，因此，公平竞争的环境对陶瓷膜最为不利。

陶瓷膜在处理具有挑战性料液方面表现更好，因为可以使用强力物理或化学清洁方法来恢复膜的性能。如今，新闻中充满了极端天气事件、局部洪水、浊度峰值和藻类爆发的报道。

这些事件是气候变化长期以来预示的结果，现在正在成为现实。

对最终用户来说， 陶瓷膜系统能够在进料条件超常规时通过清洗和维护恢复其性能，比仅仅依赖一张没有实际作用的保证书要好得多。

另一个问题是，陶瓷膜系统所占用的空间更少。由于流量高，这对占地面积有直接影响。 此外，陶瓷膜处理流程通常更为简单，因此，更加紧凑。

陶瓷膜无疑正在抓住聚合物膜市场困境所带来的机遇。很可能，限制PVDF膜使用需要几年时间才能落地。

然而，尽管氟碳化合物总体上，尤其是PFAS，对社会产生了极大的积极影响，但其环境和健康方面的负面影响最终将意味着它们的使用将被限制在真正必要的领域。

当前用于水处理的膜不太可能成为这些基本用途之一，因为陶瓷可以经济有效地取代它们。

作为一个行业，我们需要考虑更广泛地使用陶瓷膜，并加快陶瓷膜的应用。这将确保我们及时吸取毋庸置疑的应用教训，并获得比聚合物膜早期更好的经验。

Graeme K Pearce博士是一位膜技术专家，在膜行业拥有40年的经验。他是膜咨询协会（Membrane Consultancy Associates）的负责人。