Multibore®滤膜可以提升水处理效果

可持续发展

Multibore®滤膜可以提升水处理效果

海洋是地球上最大的储水库。海水的大规模淡化已经有数十年的历史。在非洲西部国家加纳，一座现代化的海水淡化装置每天可生产6万m3的淡水，足够供50万人饮用。在这里，巴斯夫集团子公司——德国滢格有限责任公司生产的超滤膜发挥了重要作用：它们被用于海水的预处理环节，以提高淡化效果，并保护下游滤盐器不被污染。滤盐器采用了反渗透工作原理——水以单个分子的形式穿透敏感膜。由于在这个过程中需要施加8000kPa左右的压力，因此，利用超滤技术进行预处理还有助于减少能源消耗。

海水在压力作用下穿过Multibore®滤膜的微孔，而其中的沙、土、海藻甚至病原菌等杂质则被挡在膜外。乍看之下，超滤膜很像一根根白色细管，但从横截面来看，其内部十分复杂：纤维中含有七根供原水流过的毛细管。毛细管壁上布满直径约20 nm的小孔——其大小仅相当于蛛丝截面直径的五百分之一。只有纯水能够穿透这些小孔进入塑料纤维，并流到纤维之外，其它所有大于这一尺寸的颗粒都将被滤膜截留。过滤纤维横截面由图1所示，包含七根毛细管的蜂巢结构能稳定纤维，以防止产生可被病原体穿透的微小裂缝。

图1　过滤纤维横截面

滤膜的生产需要丰富的专业知识和经验。“挑战在于如何在生产过程中制造如此之小的微孔，并使其在滤膜表面均匀分布。”特性材料研究实验室负责人Nicole Janssen博士解释道。她与团队一起，对滤膜纤维的效果和起始材料——巴斯夫聚醚砜塑料Ultrason®E进行了优化。“我们可以精确地调整Ultrason®解决方案和工艺，使滤膜具备可靠的过滤性能。”

然而，要使纤维能够可靠工作，不仅要确保微孔的尺寸和分布正确无误，纤维还必须具有优异的耐受性。来自德国滢格有限责任公司的专家们通过蜂巢结构解决了这一难题。“支撑结构中七根毛细管使纤维处于一种力学稳定的状态，因此具有良好的适应力，”滢格滤膜开发总监Martin Heijnen说，“这有助于保护滤膜，防止产生可被细菌和病毒穿透的微小裂缝。”

在泵送海水的过滤装置中，例如加纳的淡水净化装置——滤膜纤维被捆绑到一起，放入白色塑料圆筒中。两端用环氧树脂粘接到外壳上。在运行过程中，下表面被密封，这样只有毛细管上方开口保持通畅。原水在50 kPa压力下被泵入，并只能通过纤维毛细管内壁上的小孔流出，从而得到过滤后的净水。

随着时间的流逝，残余物会在毛细管内逐渐堆积，形成滤饼。为了确保原水能够穿透滤饼，就必须提高水压。这不但会增加能耗，也可能对滤膜造成压力。因此，每一两个小时就必须反转水流方向，对过滤系统进行清洗：净水短暂地从外部流入纤维，将滤饼冲出毛细管。见图2。

图2　多孔塑料表面

不过，微孔中的部分堵塞物，加糖和蛋白质等黏性物质可能无法冲出，它们只能通过化学方式加以清除（如使用氢氧化钠、酸或次氯酸盐），清理的间隔时间较长。不过，氧化剂也可能对Ultrason®E塑料造成损伤。材料专家Janssen和同事们希望改变这一情况。例如，她们正在研究如何提高毛细管过滤表面的亲水性，也就是使污染物更加难以沉淀下来。这样可降低清洗难度，减少化学清洗步骤。“滤膜清洗间隔和使用寿命也相应延长。”Janssen补充道。这些改进不仅对于海水预处理十分有用，对饮用水加工和污水处理也很重要。滤芯内部结构见图3。

图3　滤芯内部结构

滢格有限公司首席执行官Bruno Steis表示：“水不仅关系到人类的生存，也被广泛用于几乎所有的工业流程。自然水资源正逐渐枯竭。人口增长和工业化更是加快了这一趋势。此外，本就十分稀缺的水资源，还不断受到废水污染。因此，我相信对滤水器需求未来仍将继续增长。从家用净水器到整个城市的供水或者工业应用，比如海水淡化以及钢铁生产工艺用水的供应等，我们的过滤器可用于各种水处理设施。对我们而言，最重要的高增长市场是亚洲，特别是中国。这里的人口增长和经济发展将使供水需求大幅增加。中东地区也是我们关注的焦点之一，因为这里饮用水极其匮乏。我们的技术可用于建设大型海水淡化装置。”

2012年，全球净水和污水处理系统销售额达到810亿美元。约71%的地表被水覆盖，其中绝大部分为咸水。17000个海水淡化厂已在120个国家建立。

在鲁尔河畔坐落着一家现代化的水处理设施，它由河两岸的Menden和Frondenberg市政公用事业部门共同运营。在多段式过滤工艺中，装置每小时可将600m3原水处理成优质饮用水。在进行机械预过滤处理前，鲁尔河水已经滤去了沙石和底土。去除粗糙杂质后，原水进入德国滢格有限责任公司生产的超滤膜系统。然后再经过三道处理：活性炭过滤器去除药品残留物等有机微量物质，平底脱气装置对水进行脱酸，最后由紫外线灯进行最后的消毒以确保鲁尔河饮用水的优异品质。其它很多城市的水处理装置也采用了Multibore®滤膜作为核心材料，比如从水坝取水的历史名城特里尔，以及将地表水作为饮用水源的瑞士文尼多夫。

滤膜材料知识是未来聚合物膜创新成功的关键因素。自2011年被巴斯夫收购以来，滢格公司利用巴斯夫在聚合物领域的专业知识，积极拓展水处理这一高增长领域，在世界各地推出了全面的巴斯夫水处理解决方案。巴斯夫为饮用水和污水处理、脱盐、工业水处理提供了业内领先的化学品。稳定高效的产品，业内领先的生产设施，遍布世界各地供应网络，使巴斯夫成为了水处理行业可靠的合作伙伴。