久保田MBR平板膜材质及过滤机理.pdf

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1、久保田MBR平板膜材质及过滤机理一、前言至目前为止，全世界至少有1500～2000座以上MBR污水处理厂在运行中，使用膜材料大多为微孔性(microporous)(孔径大小0.1~10μm范围)的高分子材料或无机陶瓷材料，如表1所示。其中，微孔性高分子膜材料使用相转换(phaseinversion)技术，用高分子溶液涂层上溶剂挥发后产生；微孔性膜，也可使用中空纤维膜(hollow-fiber)。现有的MBR膜生物反应器处理技术，除了Kubota公司的技术外。不管是浸入式或非浸入式膜生物反应器处理技术，所用之高分子膜材都是以这两类为主。这些材料可为醋酸纤维

2、(celluloseacetate)、聚硫石风(polysulphone)、聚酰胺(polyamide)、聚乙烯、聚丙烯等如表二所示。在固液分离型MBR膜生物反应器处理技术中，膜的功用是截留微生物与SS固体物，使处理过水透过MBR膜生物反应器输送至清水储备池。表1MBR膜生物反应器处理技术所用膜型式公司名称膜型式Zenon(ZeeWeed)0.1μm中空纤维Zenon(ZenoGem)管状UFOrelisMutsuiChemicals平板式(聚丙烯材料)WehrlewerkAg管状UF(polysulfone)USFilter0.2μm中空纤维(聚丙烯)

3、Degremont陶瓷材料Kubota于无纺布涂上一层0.2μm~0.45μm厚之多孔性(孔径大小0.4μm)之高分子涂层(平板式)Kubota公司膜生物反应器处理技术膜材料为无纺布支撑物(nonwoven)上涂上一层微孔性高分子聚合物薄层。微孔性高分子膜膜孔大小约在0.2μm~0.45μm，无纺布支撑物有助滤作用。高分子无纺布常用作过滤空气之纤维滤材，以除去空气中污染固体粒子。此种纤维滤材的孔隙一般可在1μm~50μm，对于小至0.1μm之空气微粒都能够过滤。无纺布纤维滤材具有大的纤维孔隙却可除去微小粒子，其过滤机制不单只是一般微孔性薄膜筛阻(siev

4、e)分离机制而已。无纺布特殊纤维排列结构，使得进入孔隙内之小粒子，也会被拦截捕捉而具高过滤效能。无纺布材料之过滤机制，除了筛阻机制外，尚包括一般无纺布滤材之惯性碰撞(inertialimpaction)机制，截留(directinterception)机制，布朗扩散(browniandiffusion)机制。其过滤分离之粒子大小范围相当宽广。此种无纺布过滤之过滤机制可视为深床过滤分离(deepfiltration)机制。表2MBR膜生物反应器使用膜材料聚合物优点缺点二氧化钛/二耐化学性耐热性耐机械性很昂贵只限MF或UF使用(Titantiumdioxid

5、e/Zirconium易碎dioxide)醋酸纤维价廉耐氯性大化学稳定性差、机械稳定性差Polysulfone耐酸可蒸汽消毒不耐碳氢化合物聚丙烯耐化学性本身为疏水性，表面处理后可变为亲水性铁氟龙(PTFE)疏水性强耐有机性耐化学疏水性太强成本高性化学稳定性佳聚酰胺(Polyamide)耐化学性及耐热性佳对氧气敏感二、无纺布滤材与微孔性膜材的结构及其对过滤机理目前MBR膜生物反应器所使用之膜材料是属于微孔性滤材。于探讨无纺布滤材用作MBR膜生物反应器之膜材前，让我们先了解两种滤材之结构，如膜孔结构及粒子与膜孔相对大小与膜材积垢(fouling)之关系。UF

6、或MF等微孔性膜，因为其膜孔大小小于污泥粒子，于膜离生物反应器系统中，其过滤机制是将欲去除之粒子置留于膜材表面上。一般的情况是，粒径大于膜孔孔径之粒子会被去除，粒径小于膜孔孔径者则可能崁入膜孔而造成阻塞而影响到过滤效果。微孔性薄膜过滤机制[Cheryan,M.,“UltrafiltrationandMicrofiltrationHandbook,”TechnomicPublishingCo.Inc.,Lancaster,PA,USA,1998]无纺布膜材料(或称滤材)是一种多个相连开放性孔隙之多层纤互相重迭网状结构物。当水或废水通过这些滤材，液相中之粒子

7、可被拦截。被拦截之粒子可吸附在无纺布表面上或孔隙内。无纺布滤材之过滤机制[Cheryan,M.,“UltrafiltrationandMicrofiltrationHandbook,”TechnomicPublishingCo.Inc.,Lancaster,PA,USA,1998]无纺布滤材过滤时，过滤初期粒子会先吸附在纤维表面上，经过一段时间后，在纤维表面上，有许多粒子集结成团粒。最后，大多数粒子则于集结织物网孔间形成多孔性滤饼。在此阶段以后，粒子有可能堆积在无纺布滤材表面而形成表面积垢现象。(1)过滤初期、(2)过滤中期、(3)过滤末期，粒子于不同阶

8、段在无纺布滤材上沈积情形于微孔性膜材，当粒子崁入膜孔时，会形成不可逆积垢(irr