成果來源：清華大學(xué)膜材料與工程北京市重點實驗室

科研代表：王曉琳

轉(zhuǎn)化作者：倪影

我國淡水資源緊缺，是13個嚴(yán)重缺水的國家之一，有三分之一的城市面臨缺水，“節(jié)約每一滴水”是每個現(xiàn)代人都需要也必須養(yǎng)成的習(xí)慣。洗澡、洗衣服、沖馬桶、綠化用水、工業(yè)用水等都無時無刻不在消耗著淡水資源，而與此同時產(chǎn)生了大量的污水，威脅著我們的生活環(huán)境。那么城市是如何在水資源運用方面做到正常運轉(zhuǎn)的？其實，只要用一根細長的“膜”法棒那么輕輕一點，污水就變清澈了，被“膜”法棒處理過的污水可以用來沖馬桶以及進行市政綠化等。是不是很好奇是什么“膜”法棒這么厲害？下面我們就來解開您的疑惑。

污水再生

——緩解水資源緊缺的有效途徑

正如習(xí)近平總書記提出的“綠水青山就是金山銀山”一般，環(huán)境對我們的生活有著至關(guān)重要的作用?？上攵?，市政污水、工業(yè)廢水等如果不加以有效處理而任其排放，那么我們將無法正常生活下去。但是如果將污水處理后回收、再利用，則既能有效降低污水排放量，又可以緩解區(qū)域內(nèi)水資源緊缺問題，是種一箭雙雕的解決方式。據(jù)統(tǒng)計，污水回用率達到20%以上就能夠有效緩解某一地區(qū)或國家的缺水問題，而提高污水回用率的唯一途徑就是對污水的凈化處理。

對污水進行凈化回收處理有物理、化學(xué)、生物等多種方法，相對于生物濾池法、絮凝沉淀法等處理工藝，近些年發(fā)展起來的膜分離技術(shù)是比較經(jīng)濟高效的一種。膜分離技術(shù)不僅可以用來凈化生活污水、石油污水、化工類污水等，還可以用于海水、苦咸水脫鹽，并且其操作工藝簡單，處理污水效果好、耗能少、運行成本較低。

PVDF中空纖維超濾膜

——神通廣大的“膜”法棒

說起膜分離技術(shù)，其關(guān)鍵部件便是有著強大本領(lǐng)的膜材料了。之前，我國對進口高端分離膜材料的需求量每年都以20%～30%的速度遞增，不過近年來，高端分離膜材料逐漸實現(xiàn)了國產(chǎn)化。其中，清華大學(xué)膜材料與工程北京市重點實驗室突破傳統(tǒng)工藝，基于二苯甲酮、二苯碳酸酯獨特溶劑的TIPS法制膜配方，制備了高強度、大通量、抗污染的“高性能聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維膜”，并且實現(xiàn)了大規(guī)模、高精度、連續(xù)、穩(wěn)定的“零排放”制膜。隨之實驗室又開發(fā)了一系列壓力式、浸沒式、MBR等高性能超濾膜組件產(chǎn)品，其對細菌、病毒的截留率接近百分之百，產(chǎn)水濁度小于0.1NTU，具有良好的除菌、除濁性能。

當(dāng)把相當(dāng)于幾個游泳池的生活污水依次通過裝有1280只膜組件的過濾系統(tǒng)過濾后，再從管道中流出來的水就變得無色無味、清澈透明了，這些水不僅不污染環(huán)境，還可以用作中水去沖馬桶、澆樹灌花。究竟是什么讓污水發(fā)生了如此明顯的改變？這要歸功于組件中密密麻麻的PVDF中空纖維超濾膜。那么，這些膜究竟是什么樣子的呢？它們是怎樣做成的？

其實，PVDF中空纖維超濾膜就是一根根又細又長的白色管子，“中空”是為了滿足實際工業(yè)過程處理大量物料的需要。與其他分離膜相比，中空纖維膜具有表面積更大、裝填密度高，能夠自支撐等優(yōu)點。在制備時，將鑄膜液（包括PVDF、稀釋劑等聚合物溶液和芯液）經(jīng)由噴絲頭擠出，通過一段空氣間隙后浸入冷卻水浴中，誘導(dǎo)發(fā)生相分離并固化成型。隨后將固化成型的膜絲卷繞在收卷裝置上，取下膜絲后用乙醇萃取出中空纖維中的稀釋劑，便得到PVDF中空纖維膜絲。用此法完成單根膜絲的制備只需要幾分鐘，制得的膜絲具有99.9 %的一致性。并且可將工藝中用到的稀釋劑與萃取劑（乙醇）完全回收再利用，回收率達 99 %，實現(xiàn)了溶劑的近“零”排放。此循環(huán)回收的方式不僅可以節(jié)能減排，還大大節(jié)約了生產(chǎn)成本，使PVDF中空纖維膜具備了高性能、低成本等優(yōu)勢。

“膜”法棒一點，污水大變身。目前，TIPS法中空纖維膜系列產(chǎn)品已在鋼鐵、電力、化工等工業(yè)供水及廢水回用、市政凈水及污水提標(biāo)、海水淡化等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成功實現(xiàn)了對進口同類產(chǎn)品的無縫替代與升級優(yōu)化，并進入北美、澳大利亞、新加坡等國外市場。其應(yīng)用案例超過700個，累計處理水量超過450萬噸/日，不僅為生活和工業(yè)帶來了較大的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，也讓大規(guī)模的節(jié)水成為可能。