耐磨性过滤膜及其制备方法技术

本发明专利技术包含多孔载体4和具有第一和第二区域(2，3)的膜层的过滤膜1，其中第一区域2具有5-15μm的厚度和小于/等于0.4μm的平均孔径，及第二区域3具有5-40μm的厚度和0.4-5.0μm的平均孔径。所述的过滤膜1通过多孔载体4的一层或两层涂层来制备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐磨性过滤膜及其制备方法本专利技术涉及过滤膜，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至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-NADIRGmbH，Wiesbaden)或FlatSheetMembranes(CelgardInc.,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。在平面过滤模块中，多个平坦的平面过滤元件彼此平行堆叠。每两个相邻的平面过滤元件之间安置了间隔物，其保持管道的畅通，进料和滞留物可以由此流入和流出。所述的间隔物例如由聚合材料组成的垫圈构成，其放置于边缘区域或边缘之间，特别是放置在每两个相邻平面过滤元件的棱角。可选择的是，使用框或壳体，其设置有等距的凹槽用于支撑平面过滤元件的边缘。对于MBR适合的过滤膜具有小于400nm的分离下限和大于100l/(m2·h·bar)，优选大于200l/(m2·h·bar)的运行渗透率。所述的分离下限指的是被膜截留的颗粒的最小直径。由于过滤操作中覆盖层的形成，有效的分离下限明显更低，使得25nm范围的病毒也基本上被截留。根据一个大幅简化的模型概念，过滤膜由高密实材料构成，其嵌入了许多圆柱形的，与过滤膜表面垂直取向的孔，其中所有的孔具有相同的直径。在此简化的模型中，分离下限相应于圆柱形孔的直径。实际的过滤膜具有复杂形态的不规则的三维支化和/或缠绕的孔或管道。实际过滤膜的孔具有最小直径范围，其决定了各个孔径的分离下限。在理想状态下，最小孔直径位于过滤膜的表面，使得具有直径大于分离下限的所有颗粒不能进入孔中并可能将其堵塞。在实际的过滤膜中，具有最小直径的孔大小则为膜表面的孔与孔之间的距离。对于MBR方法所使用的过滤膜而言，具有0.5-1.0μm厚的不对称结构包括精细多孔的分隔层和30-100μm厚的粗糙多孔支撑层。分隔层的孔直径为小于0.1μm。支撑层的指状孔在本领域中通常称为孔洞且直径高达20μm。这种已知过滤膜的双层结构确保分离下限为0.03-0.1μm的范围且同时在200-1000l/(m2·h·bar)的良好净水渗透率。该膜在制备过程中使用了稳定剂。所述的稳定剂在膜干燥时防止了薄的精细多孔的分隔层中孔的瓦解。孔的瓦解是由水分自水孔蒸发时的巨大毛细力造成的并且是不可逆的。在稳定剂洗脱后，例如在开始运行后，膜不允许被干燥，因为这将导致净水渗透率不可逆地下降至101/(m2·h·bar)以下。在废水处理领域中，使用膜过滤时的一个问题是所谓的“膜结垢”，其中包括在膜上形成覆盖物，这使得渗透性以及因此过滤效力降低至50-200l/(m2·h·bar)。在MBR方法中使用各种方法来对抗结垢：a）借助各种上述的过滤步骤对原料或废水在流入活性污泥前进行预处理，为此使用具有0.5-3mm网眼大小的细网格；b）在“交叉流”方法中，待净化的液体沿着膜表面循环流动，为此在浸没模块的情况下，通气装置安装在引导液体往高处流动的膜模块下；c）定期反向冲洗渗透物，使得附着的颗粒/污物从膜表本文档来自技高网...

【技术保护点】
过滤膜（1），包括多孔载体（4）和具有第一和第二区域（2，3）的膜层，其特征在于，所述的第一区域（2）具有5‑15μm的厚度和小于/等于0.4μm的平均孔径，及第二区域（3）具有5‑40μm的厚度和0.4‑5.0μm的平均孔径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.04 DE 102011114634.61.过滤膜(1)，包括多孔载体(4)和具有第一和第二区域(2，3)的膜层，其特征在于，所述的第一区域(2)具有5-15μm的厚度和小于/等于0.4μm的平均孔径，第二区域(3)具有5-40μm的厚度和0.4-5.0μm的平均孔径，和所述的过滤膜(1)具有200-3000L/(m2·h·bar)的净水渗透率以及在持续450小时的磨损测试后500-3000L/(m2·h·bar)的净水渗透率。2.根据权利要求1的过滤膜(1)，其特征在于，所述的第一区域(2)具有8-12μm的厚度。3.根据权利要求1或2的过滤膜(1)，其特征在于，所述的第一区域(2)具有小于/等于0.3μm的平均孔径。4.根据权利要求1或2的过滤膜(1)，其特征在于，所述的过滤膜(1)具有0.04-0.2μm的平均孔直径。5.根据权利要求1或2的过滤膜(1)，其特征在于，所述的过滤膜(1)具有0.08-0.15μm的平均孔直径。6.根据权利要求1或2的过滤膜(1)，其特征在于，所述的过滤膜(1)具有300-2000L/(m2·h·bar)的净水渗透率。7.根据权利要求1或2的过滤膜(1)，其特征在于，所述的过滤膜(1)具有500-1000L/(m2·h·bar)的净水渗透率。8.根据权利要求1或2的过滤膜(1)，其特征在于，所述的第二区域(3)具有5-30μm的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·容，A·巴雷斯，U·迈尔布卢门洛特，
申请(专利权)人：MN投资有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE