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【膜技术】平板膜与传统真空纤维膜性能的综合对比

来源:www.jsqlmy.com    发布时间:2017-09-19

中空纤维膜简介

中空纤维膜(hollow fiber membrane)外形像纤维状,具有自支撑作用的膜。它是非对称膜的一种,其致密层可位于纤维的外表面/如反渗透膜,也可位于纤维的内表面(如微滤膜,纳滤膜和超滤膜)。对气体分离膜来说,致密层位于内表面或外表面均可。
 
基本原理

筛分过程,操作压力一般在0.7-7kPa,原料液在静压差作用下,透过一种过滤材料。过滤材料可以分为多种,比如折叠滤芯、熔喷滤芯、布袋式除尘器、微滤膜等。透过纤维素或高分子材料制成的微孔滤膜,利用其均一孔径,来截留水中的微粒、细菌等,使其不能通过滤膜而被去除。
决定膜的分离效果的是膜的物理结构,孔的形状和大小。微孔膜的规格目前有十多种,孔径范围为0.1~75 μm,膜厚120~150&μm。

技术应用

超滤是一种以筛分为分离原理,以压力为推动力的膜分离过程,过滤精度在0.005-0.01μm范围内, 可有效去除水中的微粒、胶体、细菌、热源及高分子有机物质。可广泛应用于物质的分离、浓缩、提纯。
早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来,随着超滤技术的发展,如今超滤膜技术的应用领域已经很广,主要包括食品工业、饮料工业、乳品工业、生物发酵、生物医药、医药化工、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收以及环境工程等等。 原水在中空纤维外侧或内腔加压流动,分别构成外压式与内压式中空超滤膜。超滤是动态过滤过程,被截留物质可随浓缩液排除不致堵塞膜表面,可长期连续运行。
超滤膜按结构型式分为板框式(板式)、中空纤维式、纳米膜表超滤膜、管式、卷式等多种结构。其中,中空纤维超滤膜是超滤技术中最为成熟与先进的一种形式。中空纤维外径0.4-2.0mm,内径0.3-1.4mm,中空纤维管壁上布满微孔,孔径以能截留物质的分子量表达,截留分子量可达几千至几十万。
超滤过程无相转化,常温下操作,对热敏性物质的分离尤为适宜,并具有良好的耐温、耐酸碱和耐氧化性能,能在60℃ 以下,pH为2-11的条件下长期连续使用。


 
平板膜与中空膜的优势比较


 
(1)更好的抗污染性能。


 
相比中空纤维膜生物反应器,平板膜生物反应器可以在更高的活性污泥浓度下保持高通量(通量即膜的产水量)的稳定运行,对预处理的要求较低。
在实际使用的过程中,尽管预处理设施中会有格栅,除毛机等设备,但曝气池中还难免进入一些诸如毛发之类的物体。
中空纤维膜生物反应器运行时在曝气的状态下膜丝始终处于一个抖动的状态,于是这些毛发很容易使膜丝缠绕在一起,当污泥浓度达到一定程度,就会出现泥坨,使越来越多的膜丝缠绕在一起,大大减少了中空纤维丝的有效膜面积,引起膜通量的急剧下降,而且此类问题也很难修复,通常只能更换。
平板膜生物反应器的适用活性污泥浓度(MLSS)范围在6000-10000mg/L,远远高于中空纤维膜生反应器,平板膜组件的结构是多片膜元件排列组装而成,实现了膜片之间间隙可控,便于气液混流对膜面进行在线清洗,抗污染性能优越。
此外,平板膜生物反应器可以通过调节组件底部的曝气强度,通过气水混合物在膜片表面的冲刷作用,很好的清除膜表面的附着物,即便由于短期内污泥粘度过大等因素在膜表面产生了淤积的情况,也可以将膜片单片取出,通过低压水枪冲洗的方法去除后组装回膜组件内,使得膜能长期有效的运行,而中空纤维则不可能通过这种方法清洗。
(2)良好的机械稳定性、无断丝现象。

在实际使用过程中,中空纤维膜组件不可避免的会发生断丝现象,其中包括两种原因:
一是由于纺丝过程中的缺陷导致的壁厚不均匀,当然这种情况比较少发生,且可以通过购买优质产品等手段进一步避免;
二是纺丝材料疲劳引起的根部断裂。
中空纤维丝在两端连接组件的地方需要用环氧树脂进行密封,由于纤维丝本身的毛细现象,肯定会在根部吸上一小段。由于曝气的原因,中空纤维在工作状态下始终会处于幅度较大的振动现象,长此以往会在其根部引起材料的疲劳,而环氧树脂本身是一种脆性材料,这种材料疲劳所导致的断丝一旦发生,往往是规模性的,而这对于膜生物反应器来说,伤害是致命的,不但会严重影响出水水质,还会导致整个组件的报废。
与此不同的是,平板膜的内部有无纺布作为导流层,3mm~5mm的ABS板作为支撑层,因此强度比中空纤维高出许多,根本不会出现类似的现象,能完全保证优质的出水水质。
(3)清洗方法更加便捷,清洗周期更长。

膜组件的清洗分为在线清洗和离线清洗。
中空纤维膜的在线清洗较为频繁,而清洗工序复杂,需要将配好的化学药剂通过剂量泵加压打入膜丝内部,完成清洗。而平板膜的在线清洗一方面通过运行中的曝气实现,另一方面通过在线化学清洗实现。
平板膜生物反应器可通过控制组件底部的曝气系统的曝气量,对膜片表面进行有效的水力冲刷,防止在抽吸过程中污泥在膜表面过度淤积,在运行过程中就对膜表面的污染起到控制作用。平板膜组件的化学清洗(在线清洗)也更加简单,只需要把调配好的药剂从抽吸口回灌入膜片中,浸泡一段时间即可。
中空纤维膜的离线清洗必须将整个膜组件吊出,放置于清洗池中,使用化学药剂浸泡。平板膜的清洗既可将膜组件吊出清洗也可将膜元件单片抽出清洗。平板膜的离线清洗方式多样性也解决了工程场地狭小,不宜起吊的问题。
同时,相对于中空纤维-膜生物反应器,平板膜生物反应器的清洗周期更长,清洗周期可达3个月以上,且如果工作压力始终处于比较低的状态,甚至可以不清洗。平板膜组件还可以通过低压水枪冲洗等物理清洗的方法使膜通量得到恢复,而这对于中空纤维膜几乎是不可能的。
(4)寿命长,运行费用低

据不完全统计,现在市场上的中空纤维膜在生活污水、市政废水、类生活污水的处理工程中平均寿命为4年左右,在工业废水、医药废水等工程中的平均寿命为2年左右,在垃圾渗滤液、电镀废水、难降解有机废水等工程中几乎不能使用。
市场上平板膜在生活污水、市政废水、类生活污水的处理工程中平均寿命为5年左右,在工业废水、医药废水等工程中的平均寿命为3年左右,可适用于垃圾渗滤液、电镀废水、难降解有机废水等工程。
平板膜的更换周期要比中空纤维膜长,相对来说运行费用大大降低,且保证了良好的运行状况。同时平板膜可以实现单张更换,更换成本也相对更低。
(5)膜片更换过程简单

由于平板膜组件独特的设计,使得在膜片损坏更换过程中,膜片可单张更换,无需更换支架。而中间纤维膜丝断丝达到一定数量,整个组件就报废,需更换整个膜组件,费用就将大大增加。

 

上一条:△MBR膜生物反应器的条件
下一条:平板膜在膜生物反应器(MBR)中的优势

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