水处理用平板陶瓷膜团体标准与国家标准的对比分析.pdf

第 卷 第 期 年 月山东陶瓷.收稿日期材料与科技 码:./.水处理用平板陶瓷膜团体标准与国家标准的对比分析马 宁李 泉樊震坤张 伟孟凡朋张 超(.山东硅元膜材料科技有限公司.山东硅元膜材料科技有限公司.山东硅元膜材料科技有限公司山东硅苑新材料科技股份有限公司.山东硅元膜材料科技有限公司.山东硅元膜材料科技有限公司山东硅苑新材料科技股份有限公司.山东硅苑新材料科技股份有限公司.)摘 要:近些年来随着水处理用平板陶瓷膜行业的飞速发展继 年 月 日实施的蜂窝中空板式陶瓷膜(/)团体标准出台三年后水处理用陶瓷膜板(/)国家标准也于 年 月 日实施 本文简单介绍了平板陶瓷膜团体标准与国家标准的制定条件和范围详细阐述了平板陶瓷膜团体标准与国家标准关于平板陶瓷膜的定义、外观质量和理化性能并对它们的共性和个性做了较为全面的对比和分析 在团标、国标的规范指导下平板陶瓷膜材料及其产品将充分发挥其独特结构及性能优势在水处理领域有更加广阔的应用平板陶瓷膜产业将会更具广阔的发展前景同时水回用系统处理技术性能评估指南第 部分:膜过滤(:()国际标准所列举的一些参数指标均为膜应用过程中的重要参数值得水处理行业从业者关注和借鉴关键词:平板陶瓷膜国家标准团体标准水处理 无机膜材料通常是由陶瓷、多孔玻璃、金属、金属氧化物、沸石等材料通过特殊工艺加工制造而成其中的陶瓷膜材料因其热稳定性好、耐高温、化学稳定性优异、机械强度大等优点被认为是膜领域最具发展前景且近些年发展最为迅速的品种之一因而陶瓷膜材料分离技术也被视为一种具有广阔应用前景的水处理技术但目前国内外市场中占比较高的多是管式陶瓷膜管式陶瓷膜的工艺特性及结构特性会使其跨膜压差大、能耗大、运行成本高、装填密度低、不易再生这些特性在一定程度上限制了其在某些领域的应用 平板陶瓷膜是近十多年来开发出的一种新型陶瓷膜材料兼具有机膜和管式陶瓷膜的诸多优点又因具有结构简单、跨膜压差小、可再生性好、耗能低、服役期长、优异的物理化学性能等诸 多 优 势 被 广 泛 应 用 到 膜 生 物 反 应 器()、海水淡化预处理、饮用水处理等诸多领域并在运行过程中取得了良好的使用效果与此同时相应的标准也应运而生 平板陶瓷膜元件如图 所示平板陶瓷膜组件如图 所示图 平板陶瓷膜元件图 平板陶瓷膜组件 年由中国陶瓷工业协会发布实施的蜂窝中空板式陶瓷膜(/)团体标准首次出台填补了国内板式陶瓷膜标准的空白为板式陶瓷膜生产企业提供了规范性的指导 年后由国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会发布的水处理用陶瓷膜板(/)国家标准面世这将继续推动国内平板陶瓷膜产业规范化的发展并进一步提升行业内产品的整体质量 仔细对比团体标准与国家标准不难发现无论是技术指标还是术语定义都存在较多不同之处本文对它们的共性和个性做了较为全面的对比和分析 平板陶瓷膜团标与国标应用范围对比在/团体标准中对应用范围做了如下表述:本标准适用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、制药、环保等行业的过滤、净化、除菌、除杂等过程用蜂窝中空板式陶瓷膜 在/国家标准中对应用范围做了如下表述:本标准适用于水处理用陶瓷膜板其他液体分离用陶瓷膜板也可参照本标准执行两个标准表述内容大同小异国家标准更加凝练国标侧重于液体分离应用团标则对具体行业的诸如过滤、净化等更多应用做出了表述平板陶瓷膜团标与国标术语、定义对比 /团体标准中其定义有如下表述:蜂窝中空板式陶瓷膜()是 以和 等原料经一系列特殊工艺制作而成的具有多孔结构的用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、制药、环保等行业的过滤、净化、除菌、除杂等过程用的材料同时标准中定义了边直度、平整度两项参数/国水处理用平板陶瓷膜团体标准与国家标准的对比分析家标 准 中 对 定 义 有 如 下 表 述:陶 瓷 膜 板()由具有中空孔道结构的陶瓷支撑体和分离膜层构成的一种陶瓷平板同时标准中定义了纯水通量这一项参数 国标中对产品名称的英文表述更加简练且符合国际商务中对该产品的习惯性名称同时国标对产品的结构做出了明晰的描述而未对构成产品的原料做明确说明 随着平板陶瓷膜产品的不断发展以 等非氧化物原料制备的平板陶瓷膜成熟产品也已进入市场同时可以预计未来像、乃至复合物材质的具备特殊功能的平板陶瓷膜材料将会在市场及应用中出现平板陶瓷膜团标与国标分类、规格与标记对比 /团体标准中是以产品材质进行的分类且仅列出了氧化锆、氧化铝、氧化钛三种材质并列出了常见的尺寸规格在标记时以材质、型号和规格尺寸等要素构成/国家标准中则是以标称孔径进行分类也列举出了常用的尺寸规格同时在产品标记时以陶瓷膜板英文缩写、尺寸规格、膜层材质及孔径等要素构成符合平板陶瓷膜产品在实际应用时对尺寸、孔径等重点参数的关注平板陶瓷膜团标与国标的技术要求对比.平板陶瓷膜团标与国标的外观质量对比/国家标准要求产品表面平整无 肉 眼 可 见 的 划 痕、裂 纹 及 孔 洞/团体标准除上述要求外还要求产品无歪斜、翘角、空鼓、铁点、塌陷等外观缺陷团标列举出了在产品制造过程中可能出现的更加全面的诸多外观缺陷.平板陶瓷膜团标与国标的尺寸偏差对比表 为平板陶瓷膜团标与国标分别对尺寸偏差的要求对比不难发现国标与团标对长度()、厚度()的允许偏差是一致的而国标对宽度、边直度、平整度三项参数的允许偏差做出了较大调整表 尺寸偏差规定项目国标允许偏差团标允许偏差长度().宽度()时为.时为.厚度().边直度.平整度长度方向.、宽度方向.经过平板陶瓷膜产业的不断发展产品规格型号也越来越多样化 随产品长度及宽度的不同产品生产过程中对产品尺寸及变形的控制难度也不相同 不同材质的平板陶瓷膜制品会有不同的干燥收缩及烧成收缩因而反应在最终产品上的尺寸偏差也会不同 直观来说产品尺寸越大其累计变形尺寸及累计收缩尺寸也随之越大其结果就是导致边直度、平整度数值相应越大 国家标准便是将此类实际情况纳入考量从而形成了更加合理的尺寸允许偏差要求对于产品宽度尺寸的偏差规定团标允许的偏差值为定值即.而国标允许的偏差值则是随着产品宽度的变动而分段设定相对应的数值即随着宽度尺寸的增加其累计收缩尺寸随之越大因而宽度允许偏差值也相应放宽标准 团标及国标对长度及厚度允许的偏差值规定一致且标准相对严格这是与平板陶瓷膜产山东陶瓷品的生产工艺相关联的 因为在膜元件封装使用前膜片通常会使用切割方式将产品切割到固定长度因而尺寸相对精准可控同时因为平板陶瓷膜产品的厚度通常为、等其累计收缩尺寸是相对较小的因而亦相对可控对于边直度的规定团标允许的偏差值为定值即.而国标允许的偏差值则是随着产品的长度变化给予相对应的数值即.即边值度会随着产品长度的增加其允许的偏差值相应放宽标准对于平整度的规定团标允许的偏差值为定值即.而国标允许的偏差值则是随着产品的长度、宽度的变化给予相相应的数值同时对长度方向及宽度方向所允许的平整度要求做出了更加合理的区分即长度方向.、宽度方向.平板陶瓷膜的常规长度通常为、等常规宽度通常为、等长度方向的累计变形尺寸将明显大于宽度方向的累计尺寸因此长度方向的平整度允许偏差值小于宽度方向的平整度允许偏差值是相对合理的.平板陶瓷膜团标与国标的产品性能指标对比表 为平板陶瓷膜团标与国标对产品性能指标的对比 团标对显气孔率、抗压强度、抗弯强度、耐酸度、耐碱度、耐苯酚腐蚀性能、抗热震性 个项目进行了规定而国标仅对弯曲强度、膜层摩氏硬度、耐酸腐蚀性能、耐碱腐蚀性能 个项目进行了规定并且国标中还对膜层孔径与纯水通量的对应关系做了相应规定详情请参考/中的相关技术指标规定此处不再赘述 通过对比不难发现团标与国标对产品的性能指标的要求差别还是比较大的表 产品性能指标项目国标团标显气孔率抗压强度 抗弯曲强度 膜层摩氏硬度耐酸腐蚀性能弯曲强度 膜层摩氏硬度.耐碱腐蚀性能弯曲强度 膜层摩氏硬度.耐苯酚腐蚀性能.抗热震性 室温 次循环后不开裂 众所周知无机陶瓷膜材料相较有机膜成本较高而无机陶瓷膜材料在恶劣工况下具有优势 产品强度及耐酸碱腐蚀性能等技术指标均会显著影响产品使用寿命及可靠性更长的产品服役周期意味着更低的投入成本 国际某知名平板陶瓷膜厂商将其产品特性标注为鲁棒性优异()用于凸显产品的使用稳定性及耐久性 目前在平板陶瓷膜的实际应用过程中存在产品爆裂损毁的事故案例这一定程度上与产品因烧结强度偏低相关 烧结强度偏低的产品在进行通量再生的过程中会因无法持续耐受反冲压力而造成产品的爆裂损毁 通常情况下纯水通量与产品强度存在一定的负相关性 生产工艺控制中产品较低的强度意味着坯体的致密度降低而较低的致密度则意味着产品显气孔率的提升进而产品将获得更高的纯水通量然而一味的通过降低制品强度而获得高通量无疑为产品在使用过程中的稳定性及耐久性埋下了隐患因而我国的团标及国标在产品抗弯强度、耐腐蚀性能方面设置相应技术指标是十分必要的 国标将抗弯曲强度指标的要求提升至水处理用平板陶瓷膜团体标准与国家标准的对比分析这将有利于增强国产平板陶瓷膜材料在国际市场中的竞争力也为陶瓷膜行业提出了一个具备现实意义的课题即如何在保持产品高强度的同时使产品具备更加优异的通量性能 团标、国标均对强度、耐腐蚀性能指标做出了限定不同的是团标是对产品经过酸碱腐蚀后的质量损失率做出了限定国标则是对产品经过酸碱腐蚀后的弯曲强度及膜层摩氏硬度做出了限定此外团标还对显气孔率、抗压强度、耐苯酚腐蚀性能、抗热震性指标做出了限定国标则对膜层摩氏硬度(即莫氏硬度)做出了限定表 简要列举了部分国内外平板陶瓷膜产品的性能指标 从表 中可以发现膜元件尺寸长度通常为 、等常规宽度通常为、等 工艺方面因平板陶瓷膜材料在干燥及烧成时会伴随显著收缩因而国内外各个厂家为满足如上文所述的尺寸偏差规定其产品长度均在 以内宽度均在 以内同时相对固定的厚度使产品获得了应用过程中所必须的产品强度指标 从表 中可以发现材质集中于氧化铝及碳化硅两种因氧化铝材质从经济性角度衡量具有更优的性价比且在工艺制造中对烧成温度、烧成气氛等要求较碳化硅材质更低因而被广泛选择 但从性能方面衡量碳化硅良好的亲水性使得其相较于氧化铝膜元件具备更大的通量因而也在平板膜陶瓷市场上占据重要地位 未来市场上或许会出现兼具氧化铝、碳化硅两种材质优点的复合陶瓷膜产品同时可以预计未来像、等具备特殊功能的平板陶瓷膜材料将会在市场及应用中出现 从表 中还可以发现各个厂家的标称孔径及运行压力范围相对固定 在实际生产中膜层厚度尽量小且膜层完整、孔径分布更集中的膜产品则具有更小的跨膜压差这意味着运行压力更低即更加节能高效因而是各个生产厂家不断优化各自产品的目标之一表 部分国内外平板陶瓷膜产品的性能指标国别及公司膜元件规格/材质标称孔径/运行压力/膜组件材质及规格/日本 .不锈钢、丹麦/./.中国.(负压)/.、中国 /.不锈钢/工程塑料.中国工陶院.不锈钢/工程塑料.中国.工程塑料山东陶瓷 结束语)对 比 蜂 窝 中 空 板 式 陶 瓷 膜(/)团体标准与水处理用陶瓷膜板(/)国家标准可以发现既存在共同之处如对长度()、厚度()的允许偏差值相同等亦存在诸多不同之处如虽然同时将产品抗弯曲强度、耐酸碱腐蚀性能等指标纳入标准但对其具体的数值限定则不尽相同)蜂窝中空板式陶瓷膜(/)团体标准及水处理用陶瓷膜板(/)国家标准伴随着平板陶瓷膜产品的发展而相继面世都将会是国内平板陶瓷膜发展的历史见证同时团标、国标都凝聚了行业内许多专家的辛勤汗水 这些标准的制定和实施提高了整个行业的质量规范提升了中国平板陶瓷膜产业的自主创新能力和产业竞争力)在上述团标、国标的规范指导下平板陶瓷膜材料及其产品将充分发挥其独特结构及性能优势相信平板陶瓷膜将会在水处理领域有更加广阔的应用平板陶瓷膜产业将会更具广阔的发展前景)经过笔者反复查阅国内外资料并未发现国际、欧盟等关于平板陶瓷膜产品的标准而通过研读审稿专家推荐的水回用系统处理技术性能评估指南 第 部分:膜过滤(:()国际标准得到了诸多关键信息及启示 该国际标准涵盖了包含无机、有机材质的微滤、超滤、纳滤、反渗透、膜生物反应器()的水处理用膜材料列举出了水处理应用行业中所涉及的一些关键性指标针对平板陶瓷膜所归属的微滤/超滤膜(/)列举出了跨膜压差、清除目标污染物、污堵、反冲洗、化学清洗、功能性要求、非功能性要求等关键性参数及性能指标 这些指标从使用者角度给出了详尽的描述和规范、功能性评估如基于水质的浊度检测、基于运行过程的跨膜压差、通量、过滤反洗周期、出水温度、电导率及 值状态参数检测 这些参数可用以评估膜污堵及老化对膜完整性的直接及间接监控也是功能性评估的重要手段 非功能性评估包括如能源消耗、清洗用化学助剂消耗、固体废物处置、全生命周期成本的测算 该国际标准中所列举的这些参数指标在团标及国标中均未提及且均为膜应用过程中的重要参数值得水处理行业从业者关注和借鉴参考文献 .:.张伟樊震坤杨东亮等.平板陶瓷膜的工业化制备与应用展望.净水技术(增刊):.中国陶瓷工业协会.蜂窝中空板式陶瓷膜团体标准:/.().:/./.国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会.水处理用陶瓷膜板国家标准:/.().:/./?.:.:.(责任编辑:姚佳良)水处理用平板陶瓷膜团体标准与国家标准的对比分析