Multibore?濾膜可以提升水處理效果

可持續發展

Multibore?濾膜可以提升水處理效果

海洋是地球上最大的儲水庫。海水的大規模淡化已經有數十年的歷史。在非洲西部國家加納，一座現代化的海水淡化裝置每天可生產6萬m3的淡水，足夠供50萬人飲用。在這里，巴斯夫集團子公司——德國瀅格有限責任公司生產的超濾膜發揮了重要作用：它們被用于海水的預處理環節，以提高淡化效果，并保護下游濾鹽器不被污染。濾鹽器采用了反滲透工作原理——水以單個分子的形式穿透敏感膜。由于在這個過程中需要施加8000kPa左右的壓力，因此，利用超濾技術進行預處理還有助于減少能源消耗。

海水在壓力作用下穿過Multibore?濾膜的微孔，而其中的沙、土、海藻甚至病原菌等雜質則被擋在膜外。乍看之下，超濾膜很像一根根白色細管，但從橫截面來看，其內部十分復雜：纖維中含有七根供原水流過的毛細管。毛細管壁上布滿直徑約20 nm的小孔——其大小僅相當于蛛絲截面直徑的五百分之一。只有純水能夠穿透這些小孔進入塑料纖維，并流到纖維之外，其它所有大于這一尺寸的顆粒都將被濾膜截留。過濾纖維橫截面由圖1所示，包含七根毛細管的蜂巢結構能穩定纖維，以防止產生可被病原體穿透的微小裂縫。

圖1　過濾纖維橫截面

濾膜的生產需要豐富的專業知識和經驗。“挑戰在于如何在生產過程中制造如此之小的微孔，并使其在濾膜表面均勻分布。”特性材料研究實驗室負責人Nicole Janssen博士解釋道。她與團隊一起，對濾膜纖維的效果和起始材料——巴斯夫聚醚砜塑料Ultrason?E進行了優化。“我們可以精確地調整Ultrason?解決方案和工藝，使濾膜具備可靠的過濾性能。”

然而，要使纖維能夠可靠工作，不僅要確保微孔的尺寸和分布正確無誤，纖維還必須具有優異的耐受性。來自德國瀅格有限責任公司的專家們通過蜂巢結構解決了這一難題。“支撐結構中七根毛細管使纖維處于一種力學穩定的狀態，因此具有良好的適應力，”瀅格濾膜開發總監Martin Heijnen說，“這有助于保護濾膜，防止產生可被細菌和病毒穿透的微小裂縫。”

在泵送海水的過濾裝置中，例如加納的淡水凈化裝置——濾膜纖維被捆綁到一起，放入白色塑料圓筒中。兩端用環氧樹脂粘接到外殼上。在運行過程中，下表面被密封，這樣只有毛細管上方開口保持通暢。原水在50 kPa壓力下被泵入，并只能通過纖維毛細管內壁上的小孔流出，從而得到過濾后的凈水。

隨著時間的流逝，殘余物會在毛細管內逐漸堆積，形成濾餅。為了確保原水能夠穿透濾餅，就必須提高水壓。這不但會增加能耗，也可能對濾膜造成壓力。因此，每一兩個小時就必須反轉水流方向，對過濾系統進行清洗：凈水短暫地從外部流入纖維，將濾餅沖出毛細管。見圖2。

圖2　多孔塑料表面

不過，微孔中的部分堵塞物，加糖和蛋白質等黏性物質可能無法沖出，它們只能通過化學方式加以清除（如使用氫氧化鈉、酸或次氯酸鹽），清理的間隔時間較長。不過，氧化劑也可能對Ultrason?E塑料造成損傷。材料專家Janssen和同事們希望改變這一情況。例如，她們正在研究如何提高毛細管過濾表面的親水性，也就是使污染物更加難以沉淀下來。這樣可降低清洗難度，減少化學清洗步驟。“濾膜清洗間隔和使用壽命也相應延長。”Janssen補充道。這些改進不僅對于海水預處理十分有用，對飲用水加工和污水處理也很重要。濾芯內部結構見圖3。

圖3　濾芯內部結構

瀅格有限公司首席執行官Bruno Steis表示：“水不僅關系到人類的生存，也被廣泛用于幾乎所有的工業流程。自然水資源正逐漸枯竭。人口增長和工業化更是加快了這一趨勢。此外，本就十分稀缺的水資源，還不斷受到廢水污染。因此，我相信對濾水器需求未來仍將繼續增長。從家用凈水器到整個城市的供水或者工業應用，比如海水淡化以及鋼鐵生產工藝用水的供應等，我們的過濾器可用于各種水處理設施。對我們而言，最重要的高增長市場是亞洲，特別是中國。這里的人口增長和經濟發展將使供水需求大幅增加。中東地區也是我們關注的焦點之一，因為這里飲用水極其匱乏。我們的技術可用于建設大型海水淡化裝置。”

2012年，全球凈水和污水處理系統銷售額達到810億美元。約71%的地表被水覆蓋，其中絕大部分為咸水。17000個海水淡化廠已在120個國家建立。

在魯爾河畔坐落著一家現代化的水處理設施，它由河兩岸的Menden和Frondenberg市政公用事業部門共同運營。在多段式過濾工藝中，裝置每小時可將600m3原水處理成優質飲用水。在進行機械預過濾處理前，魯爾河水已經濾去了沙石和底土。去除粗糙雜質后，原水進入德國瀅格有限責任公司生產的超濾膜系統。然后再經過三道處理：活性炭過濾器去除藥品殘留物等有機微量物質，平底脫氣裝置對水進行脫酸，最后由紫外線燈進行最后的消毒以確保魯爾河飲用水的優異品質。其它很多城市的水處理裝置也采用了Multibore?濾膜作為核心材料，比如從水壩取水的歷史名城特里爾，以及將地表水作為飲用水源的瑞士文尼多夫。

濾膜材料知識是未來聚合物膜創新成功的關鍵因素。自2011年被巴斯夫收購以來，瀅格公司利用巴斯夫在聚合物領域的專業知識，積極拓展水處理這一高增長領域，在世界各地推出了全面的巴斯夫水處理解決方案。巴斯夫為飲用水和污水處理、脫鹽、工業水處理提供了業內領先的化學品。穩定高效的產品，業內領先的生產設施，遍布世界各地供應網絡，使巴斯夫成為了水處理行業可靠的合作伙伴。