[发明专利]耐磨性过滤膜及其制备方法

说明书

本发明涉及过滤膜，其包括多孔载体和具有第一和第二区域的膜层。

在许多工业和市政应用（如废水处理和海水淡化）中自数十年前开始使用基于膜的过滤方法，特别是交叉流过滤。在此，待清洁的液体（以下称为进料）流过与膜表面相切的平面多孔膜。根据应用，膜的孔径大小范围从几纳米至几微米。由进料流过的体积（通常称为进料空间），通过膜与渗透空间隔开。在进料空间和渗透空间之间施加0.1bar至100bar的压力差，这起到了物料从进料空间输送至渗透作用，其中渗透物（或过滤物）进入渗透空间。对于废水处理所使用的膜生物反应器（MBR）而言，优选采用0.02至0.4bar范围内的压力差运行。

在MBR方法中，将废水在多个步骤中进行物理、化学和生物预处理，直至其到达过滤膜。通过机械物理的预清洗将的颗粒、纤维和粗料从废水中清除。在粗过滤时，将可能导致膜损坏的粗颗粒通过耙或筛去除。由此，之后通常将0.05-3mm尺寸范围的细筛用于预过滤。此外，通过沙池和油池将重颗粒（例如沙）、油和脂肪从废水中去除。

在另一方法步骤中，对废水进行生物和化学处理。在活化池中，污泥（生物质）与微生物（高分子有机污染物）发生酶促转化并消除。酶促反应后残留的物质在耗氧条件下，由微生物用于细胞构建或用于获得能量。所造成的氧气消耗通过充足的氧气输入来恢复，因此活化池内装配了通风系统。此方法起作用的前提是生物质在系统内的残留。因此，生物质通过膜过滤从经净化的废水中分离且返回至活化池中。长满的活性污泥作为残留淤泥去除。在生物质从水中分离之前，在需要时可以进行进一步的化学处理。此处，与过滤步骤结合通常使用不同的沉淀剂和絮凝剂（如氯化铁）或聚合物用于去除溶于液体成分中的胶体的和颗粒。

MBR装置的主要优点是不含固体的废水。在MBR装置的废水中没有细菌，通过吸附效果甚至病毒也经常被分离。由此，有机残留污染物大幅减少。MBR遵循欧盟洗浴用水指令[75/160/EWG,2006]的卫生相关指导。此外，无论在市政或工业界中不含固体的废水提供了废水再利用的巨大潜力。此处，可以通过水回收利用至水循环封闭实现节省大量的水。MBR方法的另一个优点在于相对传统的活化法节约了巨大的空间。MBR模块替代二次澄清，所述的二次澄清在传统方法中通过在其中生物质沉淀的巨大二次澄清池实现。为此，将MBR模块浸没在活化池中或置于单独的过滤室中。除了二次澄清池的取消之外，可以进一步减少对空间的需要，而且由于沉淀性能的独立性，活性污泥浓度（生物质浓度，表示为干物质（TS））相比传统方法可以提高。通常膜生物反应器以8-15g/l的TS浓度运行，并因此比传统方法提高2-3倍。与传统的活化法相比，MBR方法中的反应器体积可以缩小，使得更高的空间负荷成为可能。

过滤膜是现有技术中熟知的。一些已知的过滤膜是由无纺载体和多孔膜层构成的双层的复合体。多孔膜层优选地由聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚醚酰亚胺、乙酸纤维素、再生纤维素、聚烯烃或含氟聚合物组成。多孔膜层例如这样生成：通过用聚合物溶液涂覆无纺布或织物且所述聚合物会在随后的相转变步骤中沉淀出来。在此，可选择地，以适当的方式拉伸聚合物膜，其中在聚合物膜中形成多孔。为了机械稳定，然后将经拉伸的聚合物膜层压至无纺载体上。根据此方法制备的过滤膜可以商购获得，例如以名称Membranen（MICRODYN-NADIR GmbH，Wiesbaden）或Flat Sheet Membranes（Celgard Inc.,Charlotte,NC，USA）。

进料中包含直径过大以致无法通过膜孔的组分的进料中，将其保留在膜表面且部分保持粘附。在交叉流过滤时，膜表面不断流过进料以将被截住的组分（滞留物）从膜表面运走。用此方式，以恒定的渗透通量的持续过滤运行成为可能。所述的交叉流运行方式使得在膜模块的典型结构中具有三个连接口或管道，分别用于进料、滞留物和渗透物。膜模块配备了一个封闭的或一个单面或多面开口的壳体或框，在其中固定了平面过滤元件或（在极少情况下）线绕滤芯。根据结构方式，膜模块额外在过滤元件之间的管道，或线绕滤芯的螺旋之间的管道，任选地在壳壁上置有用于进料、滞留物和渗透物的连接口。

在平面过滤元件中，渗透空间通过两个单独的膜或通过整体的膜的两个部分面形成边界。在两个膜或部分面之间，放置了多孔的渗透间隔垫片，其首先作为支撑结构用于脆弱的膜，其上负荷了高达100bar的跨膜压力差，且可提供给其他管道，由此所述的渗透物沿着膜/部件的内侧流动。在具有多个平面过滤元件的膜模块中，渗透空间由所有平面过滤元件的整个渗透空间共同构成。