据慧聪水工业网2014年9月22日讯 21世纪是材料、生物、信息三大科学领军和横跨的创新时代。膜生物反应器（MBR）工艺正是将物理、生物、化学等学科已有的技术融溶为一体的新生产物，MBR出水效果好、占地面积小，是污水处理厂在追求更大容量、更高排放标准、更有效去除氮氧化物及磷酸盐的最佳选择。MBR是对现有技术的有效改进，拥有不可比拟的优势。自2006年6月第一个市政领域MBR项目投运以来，我国相继投入运行的万吨以上项目在世界上首屈一指，其中，中空纤维膜又占用绝对多的优势。然而，MBR在我国市政及工业领域应用上面临的问题，值得好好地总结。
　　例如，应用于浸没一体式MBR中空纤维膜，对膜丝强度的要求较高。这主要是由于MBR在运行过程中需要通过间歇曝气来维持污泥的活性，且为了维持通量、减少污染，通常采用紊流曝气、间歇出水、空曝等措施，这些都使得中空纤维膜在使用过程中不断的摆动，使其增加膜表面的剪切力和冲击负荷，防止膜的污染。为了克服中空纤维膜强度、通量、抗污能力等这一综合难题，在制膜材料、制膜方法及亲水化改性等膜自身条件方面的进一步提升，成为当今国内外许多研究机构、膜制造商等关注的最大焦点。
　　高分子材料与中空纤维膜的制备方法
　　从上世纪80年代初开始，采用耐热性、耐化学稳定性、耐细菌侵蚀和较好机械强度的特种工程高分子材料作为膜材料，克服了用纤维素类材料所制膜易被细菌侵蚀、不适合酸碱清洗液洗、不耐高温和机械强度较差等弱点。
　　在这20多年中，先后出现了聚砜（PSF）、聚丙烯腈（PAN）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚酮（PEK）、聚醚砜（PES）等多种特种工程高分子材料，这些材料的出现使得膜的品种和应用范围大大增加。有机膜虽然耐高温、耐酸碱、耐细菌腐蚀，但用这些材料制成的膜表面亲水性差；在实际使用中，由于被分离物质在疏水表面产生吸附等原因，易造成膜污染。其后果是带来膜通量明显下降、膜使用寿命缩短、生产成本增加等一系列实际问题。
　　各种膜丝制作常见的原料及其性能比较详见图1。其中，PVDF的化学稳定性最为优异，耐受氧化剂（次氯酸钠等）的能力是PES、PSF等材料的10倍以上。在水处理中，微生物和有机物污染往往是造成MBR膜不可逆污堵的主要原因，而氧化剂清洗则是恢复通量最有效的手段，此时PVDF材质体现出了其超强抗氧化能力。 

 

　　中空纤维膜的制备方法大致可分为两类，即干－湿法纺丝工艺和热致相法。
　　1、干－湿法纺丝工艺（NIPS）是按制膜液的组成和配比配置纺丝液，经熟化脱泡后，插入管式纺丝喷头，通过溶剂挥发、凝胶后成膜。
　　2、热致相分离法（TIPS）是80年代初开始用于制备多孔分离膜的一种方法，它是通过热塑性的、结晶性的高聚物与某些高沸点小分子化合物（稀释剂）在较高温度时形成均相溶液，温度降低时发生固－液或液－液相分离，脱除稀释剂后成为高聚物多孔膜。
　　在膜材料的制备方面，湿法纺丝技术比较成熟，约占MBR市场容量的60%以上。热致相制备方法由日本某化学材料企业于2000年左右推出，2005年开始在中国市场应用；国内也有企业自主研发了热致相的制备生产线。另有一种新型制备方法，是在湿法纺丝的基础上增加支撑管，以美日的企业为龙头代表。这三种膜材料的制备方法都具有各自的优势，但传统TIPS及NIPS法存在着一定的短板，而且这二种短板影响了MBR的进一步推广与应用。
　　膜运行污染和膜清洗造成的亲水性基团损失是导致膜通量衰减的主要原因之一，因此保持超滤膜的亲水性是超滤膜耐污染的关键。高分子分离膜材料的亲水改性主要有化学改性和物理改性两种方法，化学改性可以通过膜材料化学改性和膜表面化学改性来实现，物理改性即高分子膜材料的物理共混，也可以改善膜材料的亲水性能。在提高膜亲水性方面，在膜表面引入亲水性基团是解决问题的关键。
　　膜的亲水性高，则膜的透水量变大，但亲水性过高后，膜不仅易溶解，而且会失去机械强度。因此，巧妙地平衡膜的亲水性和疏水性，是制作膜的关键。
　　国家863水专项课题之一“增强型PVDF中空纤维膜的研发”
　　2012年，以沁园集团股份有限公司膜科技事业部（现为宁波水艺膜科技发展有限公司）为主要课题研究承担单位，浙江大学、同济大学、东华大学、中科院材料所、宁波理工学院等五家科研院校作为参与单位，共同研究的“膜法水深度处理集成技术”被列入国家高技术研究发展计划（863计划，2012AA03A605）。研发人员经过数年以来的努力，基本解决以下四大关键技术：
　　1、从原料预处理、制备膜丝、特殊后处理三个方面出发进行全面改性，使得膜表面的亲水性得到了永久保存。亲水化处理后的产品经过特殊处理成为干态膜片，避免了潮湿环境导致的细菌滋生、产品变质等现象，给产品的运输、保存与安装带来了方便。
　　2、PVDF帘式超滤膜的孔径大约在0.06µm范围内，在压力的作用下，原液在膜内或膜外流动，其中的溶剂或小分子可以透过膜，经收集而成为超滤液，而其中的各类悬浮固体颗粒、胶体、微生物、细菌等杂质被截留在膜外。膜对水中悬浮物截留率高，产水浊度小于0.1NTU，可以实现对细菌的完美截留。
　　3、不仅对分离层均匀的孔径结构进行精密控制，还保证了支撑层的海绵状递增孔径结构，结合膜的永久亲水改性降低了水的透过阻力，使得膜丝的纯水通量在25℃条件下达到1500L/m2.h.bar左右。膜组件还具有足够的机械支撑，保证流道通畅，没有流动死角和静水区。并达到剥离强度＞0.7MPa的技术参数水准。
　　4、研发了适合高强度复合膜的独特封胶技术，胶层与膜丝紧密连接，成品浑然一体，无断丝、打结等瑕疵。对容易断裂的中空膜根部与浇铸层结合部位采用了根部保护技术，实现了根部与环氧树脂浇铸层的柔性连接。胶水采用优质材质，避免胶水溢出物进入水中导致水质变差。