让污水变净的“膜”法棒

成果来源：清华大学膜材料与工程北京市重点实验室

科研代表：王晓琳

转化作者：倪影

我国淡水资源紧缺，是13个严重缺水的国家之一，有三分之一的城市面临缺水，“节约每一滴水”是每个现代人都需要也必须养成的习惯。洗澡、洗衣服、冲马桶、绿化用水、工业用水等都无时无刻不在消耗着淡水资源，而与此同时产生了大量的污水，威胁着我们的生活环境。那么城市是如何在水资源运用方面做到正常运转的？其实，只要用一根细长的“膜”法棒那么轻轻一点，污水就变清澈了，被“膜”法棒处理过的污水可以用来冲马桶以及进行市政绿化等。是不是很好奇是什么“膜”法棒这么厉害？下面我们就来解开您的疑惑。

污水再生

——缓解水资源紧缺的有效途径

正如习近平总书记提出的“绿水青山就是金山银山”一般，环境对我们的生活有着至关重要的作用。可想而知，市政污水、工業废水等如果不加以有效处理而任其排放，那么我们将无法正常生活下去。但是如果将污水处理后回收、再利用，则既能有效降低污水排放量，又可以缓解区域内水资源紧缺问题，是种一箭双雕的解决方式。据统计，污水回用率达到20%以上就能够有效缓解某一地区或国家的缺水问题，而提高污水回用率的唯一途径就是对污水的净化处理。

对污水进行净化回收处理有物理、化学、生物等多种方法，相对于生物滤池法、絮凝沉淀法等处理工艺，近些年发展起来的膜分离技术是比较经济高效的一种。膜分离技术不仅可以用来净化生活污水、石油污水、化工类污水等，还可以用于海水、苦咸水脱盐，并且其操作工艺简单，处理污水效果好、耗能少、运行成本较低。

PVDF中空纤维超滤膜

——神通广大的“膜”法棒

说起膜分离技术，其关键部件便是有着强大本领的膜材料了。之前，我国对进口高端分离膜材料的需求量每年都以20%～30%的速度递增，不过近年来，高端分离膜材料逐渐实现了国产化。其中，清华大学膜材料与工程北京市重点实验室突破传统工艺，基于二苯甲酮、二苯碳酸酯独特溶剂的TIPS法制膜配方，制备了高强度、大通量、抗污染的“高性能聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜”，并且实现了大规模、高精度、连续、稳定的“零排放”制膜。随之实验室又开发了一系列压力式、浸没式、MBR等高性能超滤膜组件产品，其对细菌、病毒的截留率接近百分之百，产水浊度小于0.1NTU，具有良好的除菌、除浊性能。

当把相当于几个游泳池的生活污水依次通过装有1280只膜组件的过滤系统过滤后，再从管道中流出来的水就变得无色无味、清澈透明了，这些水不仅不污染环境，还可以用作中水去冲马桶、浇树灌花。究竟是什么让污水发生了如此明显的改变？这要归功于组件中密密麻麻的PVDF中空纤维超滤膜。那么，这些膜究竟是什么样子的呢？它们是怎样做成的？

其实，PVDF中空纤维超滤膜就是一根根又细又长的白色管子，“中空”是为了满足实际工业过程处理大量物料的需要。与其他分离膜相比，中空纤维膜具有表面积更大、装填密度高，能够自支撑等优点。在制备时，将铸膜液（包括PVDF、稀释剂等聚合物溶液和芯液）经由喷丝头挤出，通过一段空气间隙后浸入冷却水浴中，诱导发生相分离并固化成型。随后将固化成型的膜丝卷绕在收卷装置上，取下膜丝后用乙醇萃取出中空纤维中的稀释剂，便得到PVDF中空纤维膜丝。用此法完成单根膜丝的制备只需要几分钟，制得的膜丝具有99.9 %的一致性。并且可将工艺中用到的稀释剂与萃取剂（乙醇）完全回收再利用，回收率达 99 %，实现了溶剂的近“零”排放。此循环回收的方式不仅可以节能减排，还大大节约了生产成本，使PVDF中空纤维膜具备了高性能、低成本等优势。

“膜”法棒一点，污水大变身。目前，TIPS法中空纤维膜系列产品已在钢铁、电力、化工等工业供水及废水回用、市政净水及污水提标、海水淡化等诸多领域得到广泛应用，成功实现了对进口同类产品的无缝替代与升级优化，并进入北美、澳大利亚、新加坡等国外市场。其应用案例超过700个，累计处理水量超过450万吨/日，不仅为生活和工业带来了较大的环境效益和经济效益，也让大规模的节水成为可能。