[發明專利]耐磨性過濾膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201280048969.5
• 申請日: 2012-10-02
• 公開（公告）號: CN103917287A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: G·容;A·巴雷斯;U·邁爾-布盧門洛特
• 申請（專利權）人: MN投資有限公司
• 主分類號: B01D69/02
• 分類號: B01D69/02;B01D71/44;B01D71/68;B01D67/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 陳晰

本發明涉及過濾膜，其包括多孔載體和具有第一和第二區域的膜層。

在許多工業和市政應用（如廢水處理和海水淡化）中自數十年前開始使用基于膜的過濾方法，特別是交叉流過濾。在此，待清潔的液體（以下稱為進料）流過與膜表面相切的平面多孔膜。根據應用，膜的孔徑大小范圍從幾納米至幾微米。由進料流過的體積（通常稱為進料空間），通過膜與滲透空間隔開。在進料空間和滲透空間之間施加0.1bar至100bar的壓力差，這起到了物料從進料空間輸送至滲透作用，其中滲透物（或過濾物）進入滲透空間。對于廢水處理所使用的膜生物反應器（MBR）而言，優選采用0.02至0.4bar范圍內的壓力差運行。

在MBR方法中，將廢水在多個步驟中進行物理、化學和生物預處理，直至其到達過濾膜。通過機械物理的預清洗將的顆粒、纖維和粗料從廢水中清除。在粗過濾時，將可能導致膜損壞的粗顆粒通過耙或篩去除。由此，之后通常將0.05-3mm尺寸范圍的細篩用于預過濾。此外，通過沙池和油池將重顆粒（例如沙）、油和脂肪從廢水中去除。

在另一方法步驟中，對廢水進行生物和化學處理。在活化池中，污泥（生物質）與微生物（高分子有機污染物）發生酶促轉化并消除。酶促反應后殘留的物質在耗氧條件下，由微生物用于細胞構建或用于獲得能量。所造成的氧氣消耗通過充足的氧氣輸入來恢復，因此活化池內裝配了通風系統。此方法起作用的前提是生物質在系統內的殘留。因此，生物質通過膜過濾從經凈化的廢水中分離且返回至活化池中。長滿的活性污泥作為殘留淤泥去除。在生物質從水中分離之前，在需要時可以進行進一步的化學處理。此處，與過濾步驟結合通常使用不同的沉淀劑和絮凝劑（如氯化鐵）或聚合物用于去除溶于液體成分中的膠體的和顆粒。

MBR裝置的主要優點是不含固體的廢水。在MBR裝置的廢水中沒有細菌，通過吸附效果甚至病毒也經常被分離。由此，有機殘留污染物大幅減少。MBR遵循歐盟洗浴用水指令[75/160/EWG,2006]的衛生相關指導。此外，無論在市政或工業界中不含固體的廢水提供了廢水再利用的巨大潛力。此處，可以通過水回收利用至水循環封閉實現節省大量的水。MBR方法的另一個優點在于相對傳統的活化法節約了巨大的空間。MBR模塊替代二次澄清，所述的二次澄清在傳統方法中通過在其中生物質沉淀的巨大二次澄清池實現。為此，將MBR模塊浸沒在活化池中或置于單獨的過濾室中。除了二次澄清池的取消之外，可以進一步減少對空間的需要，而且由于沉淀性能的獨立性，活性污泥濃度（生物質濃度，表示為干物質（TS））相比傳統方法可以提高。通常膜生物反應器以8-15g/l的TS濃度運行，并因此比傳統方法提高2-3倍。與傳統的活化法相比，MBR方法中的反應器體積可以縮小，使得更高的空間負荷成為可能。

過濾膜是現有技術中熟知的。一些已知的過濾膜是由無紡載體和多孔膜層構成的雙層的復合體。多孔膜層優選地由聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚醚酰亞胺、乙酸纖維素、再生纖維素、聚烯烴或含氟聚合物組成。多孔膜層例如這樣生成：通過用聚合物溶液涂覆無紡布或織物且所述聚合物會在隨后的相轉變步驟中沉淀出來。在此，可選擇地，以適當的方式拉伸聚合物膜，其中在聚合物膜中形成多孔。為了機械穩定，然后將經拉伸的聚合物膜層壓至無紡載體上。根據此方法制備的過濾膜可以商購獲得，例如以名稱Membranen（MICRODYN-NADIR?GmbH，Wiesbaden）或Flat?Sheet?Membranes（Celgard?Inc.,Charlotte,NC，USA）。

進料中包含直徑過大以致無法通過膜孔的組分的進料中，將其保留在膜表面且部分保持粘附。在交叉流過濾時，膜表面不斷流過進料以將被截住的組分（滯留物）從膜表面運走。用此方式，以恒定的滲透通量的持續過濾運行成為可能。所述的交叉流運行方式使得在膜模塊的典型結構中具有三個連接口或管道，分別用于進料、滯留物和滲透物。膜模塊配備了一個封閉的或一個單面或多面開口的殼體或框，在其中固定了平面過濾元件或（在極少情況下）線繞濾芯。根據結構方式，膜模塊額外在過濾元件之間的管道，或線繞濾芯的螺旋之間的管道，任選地在殼壁上置有用于進料、滯留物和滲透物的連接口。

在平面過濾元件中，滲透空間通過兩個單獨的膜或通過整體的膜的兩個部分面形成邊界。在兩個膜或部分面之間，放置了多孔的滲透間隔墊片，其首先作為支撐結構用于脆弱的膜，其上負荷了高達100bar的跨膜壓力差，且可提供給其他管道，由此所述的滲透物沿著膜/部件的內側流動。在具有多個平面過濾元件的膜模塊中，滲透空間由所有平面過濾元件的整個滲透空間共同構成。