MBR中空纤维膜制备概论.pdf

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1、MBR中空纤维膜制备概论黄建元IntroductionofPreparationofHollow—FiberMembraneinMBRProcessHuangJianyuan21世纪是材料、生物、信息三大科学领军和横跨的创新时代。膜生物反应器(membranebioreactor，MBR)工艺正是将物理、生物、化学等学科已有的技术融为一体的新生产物。MBR出水效果好、占地面积小，是污水处理厂实现更大容量、更高排放标准、更有效去除氮氧化物及磷酸盐的最佳选择，它对现有技术的有效改进拥有不可比拟的优势。自2006年6月第一个市政领域MBR项目投运以来，我国相继

2、投入运行的万吨级以上项目数量在全球首屈一指，其中中空纤维膜又占绝大多数。因此，中空纤维膜在开发与应用中所面临的问题，值得好好地总结。1增强型中空纤维膜研发的必然性应用于浸没一体式MBR的中空纤维膜，对膜丝强度的要求较高。这是由于MBR在运行过程中需要通过间歇曝气来维持污泥的活性，为了维持膜通量、防止膜污染，通常采用紊流曝气、间歇出水、空曝等措施，而这些措施都使中空纤维膜在使用过程中不断地摆动，使膜表面的剪切力和冲击负荷增加。为了克服中空纤维膜强度、通量、抗污能力等性能要求高的难题，在制膜材料、制膜方法及亲水化改性等膜自身条件方面的进一步提升极其必要。本文

3、就国内外针对中空纤维膜材料及制备方法进行罗列及简单比对，供参考借鉴。2高分子材料的性能与对比从2O世纪80年代初起，采用耐热性、耐化学稳定性、耐细菌侵蚀和具有较好机械强度的特种工程高分子材料作为膜材料，克服了用纤维类材料所制膜易被细菌侵蚀、不适合酸碱清洗液洗、不耐高温和机械强度较差等弱点。在此后的20多年中，先后出现了聚砜(PSF)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚酮(PEK)、聚醚砜(PES)等多类特种工程高分子材料，这些材料的出现使得膜的品种和应用范围大大增加。然而有机膜虽然耐高温、耐酸碱、耐细菌腐蚀，但用这些材料制成的膜表面亲水性差

4、。在实际使用中，由于被分离物质在疏水表面产生吸附等原因，易造成膜的污染，导致膜通量明显下降、膜使用寿命缩短、生产成本增加等一系列实际问题。所以需针对上述问题进一步筛选较优的高分子材料。在水处理过程中，微生物和有机污染物往往是造成MBR膜不可逆污堵的主因，而氧化剂清洗则是恢复膜通量最有效的手段，因此膜丝抗氧化的能力决定了膜的使用寿命。在各种膜丝中，PVDF的化学稳定性最为优异(各种膜丝制作的常见原料及性能如图1所示)，耐受氧化剂(次氯酸钠等)的能力是PES、PSF等材[作者简介]黄建元，留日环境工学博士、国家“干人计划”浙江省创新类人才、(MBR新工艺设计

5、》主编。黄建元．MBR中空纤维膜制备概论Vo1．33，No．4，2014料的l0倍以上，所以PVDF材质体现出了超强抗氧化能力，PVDF膜也具有使用寿命上的优势，可以认为选用PVDF材料，可较好地解决因膜污染导致的使用寿命缩短等问题。卤代烃溶剂强氧化、酮类—．-PVDF卤化物芳烃溶剂+PVC+HDPE-···PP强酸旨肪族溶剂-一PES—GF强碱弱碱图1常见制膜原料及性能Fig．1CommonMembraneMaterialandItsCharacterMBR膜实物，如图2所示。图2MBR膜实物Fig．2MaterialObjectofMBR3中空纤维膜

6、制膜工艺与亲水性控制3．1制膜工艺中空纤维膜的制备方法大致可分为两类，即非溶剂致相分离法和热致相法。非溶剂致相分离法(nonsolventinducephaseseparation，NIPS)是按制膜液的组成和配比配置纺丝液，经熟化脱泡后，插入管式纺丝喷头，通过溶剂挥发、凝胶后成膜；热致相分离法(thermallyinducedphaseseparation，TIPS)通过热塑性的、结晶性的高聚物与某些高沸点小分子化合物(稀释剂)在较高温度时形成均相溶液，温度降低时发生固一液或液一液相分离，脱除稀释剂后成为高聚物多孔膜。在膜材料的制备方面，非溶剂致相分离

7、法比较成熟，约占MBR市场容量的60％以上。而热致相制备方——'一净水技术Vo1．33，No．4，2014WATERPURIFICAT10NTECHNOL0GYAugust25th，2014法由日本某化学材料企业于2000年前后推出，2005年开始在中国市场应用，目前国内也有企业自主研发了热致相的制备生产线。另有一种新型制备方法，是在非溶剂致相分离法的基础上增加支撑管，其以美日企业为代表，近年来国内也相继自主研发了众多的制备生产线。这三种膜材料的制备方法都具有各自的优势，但传统TIPS及NIPS法存在着一定的短板，而且这两种短板影响了MBR的进一步推广与

8、应用。表1为三种方法的综合比较。表1三种PVDF材料主要制备方法的比较Tab．1