MBR膜分離技術(shù)——平板膜組件與中空纖維膜組件對(duì)比分析

       膜分離裝置的最小單元稱為膜組件，對(duì)于卷式膜則通常稱為膜元件。膜組件的設(shè)計(jì)須實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)目標(biāo)：

       ①為了限制濃差極化現(xiàn)象（脫鹽膜）和顆粒沉積（澄清分寓膜，即過(guò)濾膜）胞發(fā)生，必須確保被處理液體在膜內(nèi)維持足夠高的循環(huán)速度：

       ②緊湊的膜組件排列方式，即實(shí)現(xiàn)單位體積內(nèi)膜面積的最DA化。

       這兩個(gè)目標(biāo)有助于降低噸水處理所滿膜組件的成本，但會(huì)增大運(yùn)行能耗：高循環(huán)水流速度和縮窄的通道將會(huì)增大水頭損失，因此必須統(tǒng)籌考慮。

       膜組件的設(shè)計(jì)還須滿足以下要求：

       ①易于反沖洗，能夠進(jìn)行水力清洗、化學(xué)清洗或消毒，甚至達(dá)到無(wú)菌狀態(tài)；

       ②易于安裝和拆卸；

       ③可選擇自動(dòng)化運(yùn)行。

       1. 平板膜組件：

       平板膜組件由多個(gè)層疊設(shè)置的平板膜元件和用于固定平板膜元件的支撐框架組件。

       無(wú)論是微濾，還是高壓反滲透工藝，平板膜均可應(yīng)用，平板膜通常用于高濃度水的處理。

       根據(jù)過(guò)濾壓力對(duì)平板膜組件進(jìn)行設(shè)計(jì)。待處理的水將會(huì)在相鄰的兩個(gè)平板膜之間循環(huán)流動(dòng)。與此同時(shí)，平板對(duì)膜起著機(jī)械支撐作用，并且及時(shí)排出濾液。不同膜組件可并聯(lián)或串聯(lián)排列，使得單個(gè)組件的膜面積可達(dá)120㎡。在平板凹槽中手機(jī)的產(chǎn)水在高壓（RO、NF）或者真空（UF、MF）作用下排出。平板之間的間隙為0.5～3mm。

       圖1為某平板超濾膜廠家所生產(chǎn)的膜架和平板膜元件。

圖1  平板膜組件

       平板膜元件的下方?jīng)]有曝氣裝置，以進(jìn)行氣洗。

       這種膜的緊湊性一般，優(yōu)點(diǎn)是容易拆卸，因此如此需要可以進(jìn)行*的人工清洗，同樣也可輕松更換膜片。鑒于循環(huán)流道較長(zhǎng)的形狀曲折，其水頭損失大。由于單個(gè)膜元件表面積較小，因此需要使用更多膜元件和連接裝置，從而會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。

       2. 中空纖維膜組件

       直徑為0.6～2mm的中空纖維是將膜材料通過(guò)環(huán)形模具擠壓制得。中空纖維的厚度與直徑的比例使其能承受運(yùn)行時(shí)所受到的內(nèi)部或外部壓力，因而被稱為自支撐膜（有些膜絲在內(nèi)部增加了支撐層以提高其強(qiáng)度）。成千根的中空纖維膜絲組裝在一起排列成束制成膜組件。

       待處理的水在中空纖維膜的內(nèi)部（內(nèi)壓式膜）或外部（外壓式膜）流動(dòng)。

       這種膜組件的顯著優(yōu)勢(shì)是可以定期進(jìn)行反沖洗（每20min～2h一次），從而使膜絲可以一直在遠(yuǎn)地域其機(jī)械強(qiáng)度極限的工況下運(yùn)行。

       圖2所示為Aquasource內(nèi)壓式超濾膜組件Ultrazur450的典型配置。這種膜組件由35600根0.9mm直徑的中空纖維組成，膜面積為125m2。這種膜組件可以以死端過(guò)濾或錯(cuò)流過(guò)濾方式運(yùn)行。

外壓式中空纖維膜組件也具有相同的幾何特征，待處理的水在膜絲的外部流動(dòng)，過(guò)濾后出水匯集至膜絲末端。這些膜也易于反沖洗，但是通常只采用死端過(guò)濾模式（流體在成束的膜絲間的流態(tài)要復(fù)雜得多）。圖3展示的是浸沒(méi)式超濾系統(tǒng)中的外壓式超濾膜組件，這些膜絲被直接浸沒(méi)在水或懸浮液中用于過(guò)濾，通過(guò)抽真空（20～60kPa）的方式將濾液通過(guò)膜絲抽除。

       除了極少數(shù)特殊膜組件（見(jiàn)陶瓷膜組件）和一些用于膜生物反應(yīng)器的平板膜組件外，所有過(guò)濾分離膜（微濾或超濾）均為內(nèi)壓式膜或外壓式膜。這些中空纖維膜組件，易于反沖洗且水頭損失小，其操作壓力通常地域lbar（lbar=105Pa）。

       日本的Toyobo公司是現(xiàn)在唯1出售外壓式反滲透膜（海水型）的公司，這種中空纖維的直徑（130μm）實(shí)際上遠(yuǎn)小于前述的超濾和微濾膜。相比于卷式膜組件，其耐壓強(qiáng)度高（操作壓力80bar）且更加緊湊。

       無(wú)論是內(nèi)壓式還是外壓式中空纖維膜，都須防止大顆粒物堵塞膜組件。因此，在任何膜系統(tǒng)進(jìn)水除均需安裝過(guò)濾精度為150～500μm的保安過(guò)濾器。

圖2

圖3