MBR膜組件講解——中空纖維膜組件介紹

膜組件介紹

        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)膜面積的更大化。

        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)到無菌狀態(tài)；

        ②易于安裝和拆卸；

        ③可選擇自動(dòng)化運(yùn)行。

膜組件分類

        目前市場(chǎng)上主要有四種膜組件，包含管式膜、中空纖維膜、平板膜和卷式膜。在水處理應(yīng)用中，95%的微濾和超濾裝置選用中空纖維膜組件，95%的納濾和反滲透裝置采用卷式組件。

        1. 管式膜組件

        將膜置于直徑為4～25mm的支撐管（多孔或有引流孔）內(nèi)制作成膜元件，這些支撐管串聯(lián)或并聯(lián)封裝于圓柱狀容器中就構(gòu)成膜組件（圖1）。

圖1   管式膜組件（有機(jī)膜）

1——原水進(jìn)口；2——支撐管；3——膜支撐層；4——產(chǎn)水出口；

5——膜；6——濃水出口；7——懸浮液中的顆粒物

        這種膜的水力條件已經(jīng)*明確。如有必要在高湍流度的條件下運(yùn)行，水流循環(huán)速度可達(dá)6m/s。

        這種膜組件使用時(shí)無需對(duì)原水進(jìn)行精細(xì)預(yù)過濾處理并且易于清潔，一般采用海綿小球進(jìn)行清洗。該膜組件的主要缺點(diǎn)式不夠緊湊導(dǎo)致單位面試的成本較高。這類組件尤其使用于處理濃度高或黏度大的水，有時(shí)也會(huì)用于一些特殊的小規(guī)模水處理裝置，通過將晶體在濃水中維持為懸浮態(tài)或利用海綿小球清洗膜表面來控制結(jié)垢。

        通過擠壓成型的陶瓷膜組件也可以制成管式膜組件。管式陶瓷膜組件（圖2）已成功應(yīng)用于工業(yè)廢水處理的MBR工藝中（在這種情況下，需要注意的式系統(tǒng)對(duì)纖維很敏感）。

        1. 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3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濾或錯(cuò)流過濾方式運(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濾模式（流體在成束的膜絲間的流態(tài)要復(fù)雜得多）。圖4展示的是浸沒式超濾系統(tǒng)中的外壓式超濾膜組件，這些膜絲被直接浸沒在水或懸浮液中用于過濾，通過抽真空（20～60kPa）的方式將濾液通過膜絲抽除。

        除了極少數(shù)特殊膜組件（見陶瓷膜組件）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YI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)水除均需安裝過濾精度為150～500μm的保安過濾器。

圖3 

圖4