MBR膜组件讲解——中空纤维膜组件介绍

膜组件介绍

        膜分离装置的最小单元称为膜组件，对于卷式膜则通常称为膜元件。膜组件的设计须 实现以下两个目标：

        ①为了限制浓差极化现象（脱盐膜）和颗粒沉积（澄清分寓膜，即过滤膜）胞发生， 必须确保被处理液体在膜内维持足够高的循环速度：

        ②紧凑的膜组件排列方式，即实现单位体积内膜面积的更大化。

        这两个目标有助于降低吨水处理所满膜组件的成本，但会增大运行能耗：高循环水流 速度和缩窄的通道将会增大水头损失，因此必须统筹考虑。

        膜组件的设计还须满足以下要求：

        ①易于反冲洗，能够进行水力清洗、化学清洗或消毒，甚至达到无菌状态；

        ②易于安装和拆卸；

        ③可选择自动化运行。

膜组件分类

        目前市场上主要有四种膜组件，包含管式膜、中空纤维膜、平板膜和卷式膜。在水处理应用中，95%的微滤和超滤装置选用中空纤维膜组件，95%的纳滤和反渗透装置采用卷式组件。

        1. 管式膜组件

        将膜置于直径为4～25mm的支撑管（多孔或有引流孔）内制作成膜元件，这些支撑管串联或并联封装于圆柱状容器中就构成膜组件（图1）。

图1   管式膜组件（有机膜）

1——原水进口；2——支撑管；3——膜支撑层；4——产水出口；

5——膜；6——浓水出口；7——悬浮液中的颗粒物

        这种膜的水力条件已经*明确。如有必要在高湍流度的条件下运行，水流循环速度可达6m/s。

        这种膜组件使用时无需对原水进行精细预过滤处理并且易于清洁，一般采用海绵小球进行清洗。该膜组件的主要缺点式不够紧凑导致单位面试的成本较高。这类组件尤其使用于处理浓度高或黏度大的水，有时也会用于一些特殊的小规模水处理装置，通过将晶体在浓水中维持为悬浮态或利用海绵小球清洗膜表面来控制结垢。

        通过挤压成型的陶瓷膜组件也可以制成管式膜组件。管式陶瓷膜组件（图2）已成功应用于工业废水处理的MBR工艺中（在这种情况下，需要注意的式系统对纤维很敏感）。

        1. 中空纤维膜组件

        直径为0.6～2mm的中空纤维是将膜材料通过环形模具挤压制得。中空纤维的厚度与直径的比例使其能承受运行时所受到的内部或外部压力，因而被称为自支撑膜（有些膜丝在内部增加了支撑层以提高其强度）。成千根的中空纤维膜丝组装在一起排列成束制成膜组件。

        待处理的水在中空纤维膜的内部（内压式膜）或外部（外压式膜）流动。

        这种膜组件的显著优势是可以定期进行反冲洗（每20min～2h一次），从而使膜丝可以一直在远地域其机械强度极限的工况下运行。

        图3所示为Aquasource内压式超滤膜组件Ultrazur450的典型配置。这种膜组件由35600根0.9mm直径的中空纤维组成，膜面积为125m²。这种膜组件可以以死端过滤或错流过滤方式运行。

        外压式中空纤维膜组件也具有相同的几何特征，待处理的水在膜丝的外部流动，过滤后出水汇集至膜丝末端。这些膜也易于反冲洗，但是通常只采用死端过滤模式（流体在成束的膜丝间的流态要复杂得多）。图4展示的是浸没式超滤系统中的外压式超滤膜组件，这些膜丝被直接浸没在水或悬浮液中用于过滤，通过抽真空（20～60kPa）的方式将滤液通过膜丝抽除。

        除了极少数特殊膜组件（见陶瓷膜组件）和一些用于膜生物反应器的平板膜组件外，所有过滤分离膜（微滤或超滤）均为内压式膜或外压式膜。这些中空纤维膜组件，易于反冲洗且水头损失小，其操作压力通常地域lbar（lbar=105Pa）。

        日本的Toyobo公司是现在唯YI出售外压式反渗透膜（海水型）的公司，这种中空纤维的直径（130μm）实际上远小于前述的超滤和微滤膜。相比于卷式膜组件，其耐压强度高（操作压力80bar）且更加紧凑。

        无论是内压式还是外压式中空纤维膜，都须防止大颗粒物堵塞膜组件。因此，在任何膜系统进水除均需安装过滤精度为150～500μm的保安过滤器。

图3 

图4