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《MBR膜分离技术新工艺设计应用中水回用工程》

来源:[seo:selfurl]   发布时间:2017-03-13




膜可以由很多种材料制备,可以是液相、固相甚至是气相的。目前使用的分离膜绝大多数是固相膜。根据孔径不同可分为:微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜;根据材料不同,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要是微滤级别膜。膜可以是均质或非均质的,可以是荷电的或电中性的。广泛用于废水处理的膜主要是由有机高分子材料制备的固相非对称膜。

膜的分类依据及分类:

一、 MBR 膜材质

1、高分子有机膜材料: 聚烯烃类、聚乙烯类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。

有机膜成本相对较低,造价便宜,膜的制造工艺较为成熟,膜孔径和形式也较为多样,应用广泛,但运行过程易污染、强度低、使用寿命短。

2、无机膜 :是固态膜的一种,是由无机材料,如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。

目前在 MBR 中使用的无机膜多为陶瓷膜,优点是:它可以在 pH = 0~14 、压力 P<10MPa 、温度 <350 ℃的环境中使用,其通量高、能耗相对较低,在高浓度工业废水处理中具有很大竞争力;缺点是:造价昂贵、不耐碱、弹性小、膜的加工制备有一定困难。

二、 MBR 膜孔径

MBR 工艺中用膜一般为微滤膜( MF )和超滤膜( UF ),大都采用 0.1 ~ 0.4 μ m 膜孔径,这对于固液分离型的膜反应器来说已经足够。

微滤膜常用的聚合物材料有:聚碳酸酯、纤维素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亚胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。

超滤常用聚合物材料有:聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯腈( PAN )、聚偏氟乙烯、纤维素酯、聚醚醚酮、聚亚酰胺、聚醚酰胺等。

三、 MBR 膜组件

为了便于工业化生产和安装,提高膜的工作效率,在单位体积内实现最大的膜面积,通常将膜以某种形式组装在一个基本单元设备内,在一定的驱动力下,完成混合液中各组分的分离,这类装置称为膜组件( Module )。

工业上常用的膜组件形式有五种:

板框式( Plate and Frame Module )、螺旋卷式 (Spiral Wound Module) 、圆管式 (TubularModule) 、中空纤维式 (Hollow Fiber Module) 和毛细管式 (Capillary Module)。前两种使用平板膜,后三者使用管式膜。圆管式膜直径 >10mm; 毛细管式- 0.5~10.0mm ;中空纤维式<0.5mm> 。

表:各种膜组件特性

名称/项目

中空纤维式

毛细管式

螺旋卷式

平板式

圆管式

价格(元/m3)

40~150

150~800

250~800

800~2500

400~1500

冲填密度

清洗

压力降

可否高压操作

较难

较难

膜形式限制

MBR 工艺中常用的膜组件形式有:板框式、圆管式、中空纤维式。 板框式:

是 MBR 工艺最早应用的一种膜组件形式,外形类似于普通的板框式压滤机。优点是:制造组装简单,操作方便,易于维护、清洗、更换。缺点是:密封较复杂,压力损失大,装填密度小。

圆管式:

是由膜和膜的支撑体构成,有内压型和外压型两种运行方式。实际中多采用内压型,即进水从管内流入,渗透液从管外流出。膜直径在 6~24mm 之间。圆管式膜优点是:料液可以控制湍流流动,不易堵塞,易清洗,压力损失小。缺点是:装填密度小。

中空纤维式:

外径一般为 40 ~ 250 μm ,内径为 25 ~ 42μm 。优点是:耐压强度高,不易变形。在 MBR中,常把组件直接放入反应器中,不需耐压容器,构成浸没式膜 -生物反应器。一般为外压式膜组件。优点是:装填密度高;造价相对较低;寿命较长,可以采用物化性能稳定,透水率低的尼龙中空纤维膜;膜耐压性能好,不需支撑材料。缺点是:对堵塞敏感,污染和浓差极化对膜的分离性能有很大影响。

MBR 膜组件设计的一般要求:

o 对膜提供足够的机械支撑,流道通畅,没有流动死角和静水区;

o 能耗较低,尽量减少浓差极化,提高分离效率,减轻膜污染;

o 尽可能高的装填密度,安装,清洗、更换方便;

o 具有足够的机械强度、化学和热稳定性。

膜组件的选用要综合考虑其成本,装填密度、应用场合、系统流程、膜污染及清洗、使用寿命等。