MBR的膜材料问题
MBR膜生物反应器用什么膜材料最好?我不是什么聚合物化学家或者材料科学家，所以对于这个话题，我只能说发表我的一些鄙见。但是通过对市场现有商业化产品类型的观察，我们还是能够得到相当充分的信息的。
如果你想在一个地方/平台了解所有产品的信息，譬如说一本书吧，而且就管它叫“Industrial MBRs”，然后以它为基础来统计各种材料所占的市场份额的话，那么你会发现，在那本书里介绍的80多种产品里超过一半的材料都是PVDF (polyvinylidene difluoride - 聚偏二氟乙烯)。
平板膜(FS)、中空纤维膜(HF)、多管式膜(MT)
三大膜类型的材料分布情况
PVDF统治市场
接着，如果你只考虑聚合物高分子材料的话，也就是你先将四种商用陶瓷膜材料排除在外，那么这个比率将升至接近2/3。在剩下的聚合物产品中，PES约占15%，聚烯烃(PE聚乙烯或者PP聚丙烯)约10%，然后还有一些是PTFE(聚四氟乙烯，俗称特氟龙)。
MBR膜组件结构有三大类型：平板(flat sheet/FS)、中空纤维膜(hollow fibre/HF)和管式膜(multitube)。大家会进一步发现，PVDF材料在这三大膜组件结构中的使用比例也相当显著，而PES的使用仅限于平板膜和管式膜。
中空纤维膜 | 图源： zena membrane
管式膜 | 图源：BerghofMembrane
平板膜 | 图源: mbrsite
然而，我上边说的是3、4年前的情况了(小编参与过两本书的编写，出版物写出来的东西确实跟最新的市场情况有一个显著的时间差，所以小编才热衷于这种微信推送的形式为读者搜寻最新的水处理创新讯息)。我们快速来看看自那以后，MBR市场都引入了什么新产品(MBR Site的产品清单就是个不错的数据库)——几乎所有产品都是PVDF造的了。所以，一个显而易见的结论：PVDF是目前最受青睐的MBR材料。貌似饮用水领域的微滤和超滤膜也是这么个情况。
为什么是PVDF?
那么…为什么PVDF成为了最受欢迎的材料?
表面看来好像解释不通：PVDF是高度疏水性的材料，因此遇到污水混合液中本身就是的疏水性有机物，自然会遭遇膜污染的问题。
陶瓷材料的一大优点正是它的亲水性，尽管目前比膜材料要贵一点点。然而选择PVDF(或任何其他聚合物)实际上并不受其固有的结垢倾向所限制，因为材料可通过“打湿”(通过使用亲水性凝胶涂层迫使水进入孔中) 或者通过亲水成孔剂来获得亲水性。
在这个问题上，我要把话筒交给我的同事，德高望重的Pert Aerts博士——Bluefoot Membranes的首席技术官、前DOW水处理解决方案的研究项目领导者。他的观点如下：
“之所以选用PVDF是其优越的机械性能，重要的是PVDF具有比PES更高的断裂延展率。 因此在中空纤维膜这种outside-in的结构并且会用到空气反洗的情况，PVDF是一种优异的聚合物材料，因为它的纤维能够弯曲和拉伸。尽管PVDF的孔密度要比PES低，但是outside-in的结构在很大程度上补偿了这一点。此外，其强大的耐化学性让其能够抵受频繁的化学清洁制度的冲击，毕竟这是MBR工艺实现良好运行的典型和必要条件。”
所以…饱受疏水性的困扰也没问题，因为良好的机械性能才是重点。
陶瓷膜vs聚合物
尽管陶瓷膜材料在抗膜结垢和化学冲击方面有着更好的耐固性，在MBR技术中它的应用依然很有限。这主要因为其相对昂贵的价格，所以商用MBR膜依然主要以聚合物为主。但是已经有平板陶瓷膜的应用了。新兴的平板陶瓷膜，与传统的高分子聚合物膜相比，使用寿命可延长一倍，而且运行通量更高，在未来可能会改变MBR膜选择的格局。
MBR膜通量和OPEX成本曲线图 | 图源：Simon Judd
正如上边MBR膜的OPEX成本曲线图所示，尽管陶瓷材料的成本远高于高分子膜(4倍)，但是如果寿命延长一倍，通量又大一倍的话，那么前者的OPEX上将显出优势。尽管目前陶瓷膜的价格依然高企，但我们有理由相信这终将会改变。日本公司Metawater十年前就有不少基于陶瓷膜材料的饮用水处理的工程应用，目前的材料价格在$80-160/㎡，10年前这价格还超过$1000/㎡。所以我们有足够理由假设它的价格会继续下降，就像高分子平板膜在过去15-25年的价格趋势一样。
原标题：MBR膜生物反应器用什么膜材料最好?
