中空纤维帘式与平板膜的比较

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1、平板式膜与中空纤维膜组件在浸没式MBR中的对比试用研究摘要：选取两种不同结构类型的膜组件进行化工废水处理的中试应用研究，对比研究了MBR膜系统的最佳气水比，临界膜通量、膜系统的分离与处理效果以及膜的污染和清洗方式。中试结果表明，在该类废水处理中，中空纤维帘式膜组件的最佳气水比为24，平板式膜组件的最佳气水比为20；在相等曝气强度下，用流量阶梯法测得，中空纤维帘式膜组件的临界膜通量为20L·m-2·h-1，平板式膜组件的临界膜通量为25L·m-2·h-1；两组膜在处理和分离效果上相差不大；在抗污染性能上，平板式膜组件更具优势，而且平板式膜组件更容易通过物理清洗-空曝气的方式使膜通

2、量得以部分恢复，用次氯酸钠（NaClO）溶液对膜组件进行化学清洗，均能获得较好的通量恢复效果。关键词：MBR；临界膜通量；膜污染；膜清洗；中空纤维膜组件；平板式膜组件MBR膜生物反应器（Membranebioreactor,MBR）是将膜分离技术和生物反应器的生物降解作用集于一体的生物化学反应系统。它以超滤或微滤膜组件替代传统活性污泥法中的沉淀池实现泥水分离。该系统具有处理能力强、固液分离效率高、出水水质好、占地空间小、运行管理简单等特点。目前，MBR工艺在水资源再生利用方面已发挥了巨大的作用，运用MBR膜工艺技术来处理生活污水和工业废水已突显成效。鉴于目前已商品化的MBR分离

3、膜组件结构形式多样，主要有中空纤维帘式、平板式、管式等几大类，而且其应用也各具特点，这对在实际工程应用中膜组件的选购带来一定困难。本实验运用浸没式好氧MBR工艺技术来处理杭州某化工厂的工业废水，分别选用中空纤维帘式膜组件和平板式膜组件进行对比试验研究，为规模化工程应用的膜组件选型提供设计依据和运行参考标准。1试验装置与方法1.1实验工艺流程与条件中试设计规模为1000L·h-1。试验装置由调节池、好氧池、膜分离装置、清液槽、曝气系统和相关动力及自动控制设备组成。废水由污水泵输送至调节池，然后进入好氧池和膜分离池，混合液在抽吸泵的作用下经膜过滤后形成工艺的产水，大部分泥水混合液则

4、通过回流泵流回至好氧池。试验中分别采用膜组件A（PVDF，中空纤维帘式，孔径0.2μm，膜面积20m2）和膜组件B（PVDF，平板式，孔径0.08μm，膜面积28m2）来进行试验。试验进水的COD范围400~700mg·L-1,初始接种污泥浓度为1500mg·L-1左右。1.2试验工况与运行参数膜装置的运行方式为间歇式，抽吸8min，停止2min。整个试验的水力停留时间（HRT）为8h，膜运行初始通量设定为25L·m-2·h-1.。系统运行稳定后，反应器内污泥浓度（MLSS）维持在5000~8000mg·L-1。2结果与讨论2.1膜系统最佳气水比在浸没式MBR工艺中,曝气有两个

5、作用：一是提供微生物代谢所需的氧气；二是产生错流，去除或减少膜表面的污泥层，减缓膜的污染速率。HongSP等观察到在较高曝气量下产生的剪切力会加快污染物脱离膜表面的速度，并指出有临界曝气量存在，当超过该曝气量，膜通量增加就不明显，而且太大的曝气量会提供过量的溶解氧，也不利于反硝化作用。对于浸没式MBR工艺，其能耗主要来自曝气，约占整个系统总能耗的80%~90%，因此确定系统的最佳曝气量是十分必要的。试验中膜的初始通量均设定为25L·m-2·h-1，即膜组件A的初始通量为500L·h-1，膜组件B的初始通量为700L·h-1。采用不同的气水比（每透过1m3水所提供的曝气量）对膜组

6、件运行，分别考察了两组膜的比膜通量（单位时间、单位操作压力下每平方米膜面积所透过的水量，L·m-2·h-1·KPa-1）和运行时间的相互关系。在一定曝气强度范围内，随着气水比的提高，比膜通量也随之提高，跨膜压差（TMP）的增加速率减缓，即膜污染发展速率随曝气强度增加而降低。但当曝气强度上升到一定程度时，比膜通量增加不再明显。分析原因可能是：当曝气强度较低时，错流流速产生的水力剪切作用不能有效防止大量污泥絮体在膜表面沉积，膜污染主要是以污泥层阻力为主；而当曝气强度过高时，污泥絮体被强大的剪切力所破碎，细小污泥颗粒和胶体类物质增多，这些物质更容易引起膜孔的吸附和堵塞，从而使膜污染加

7、剧。因此当曝气到达一临界值后，再继续增加曝气量对MBR系统已没有实际意义，Jungmin等也报道了与本试验类似的研究结果。经测定，试验中A、B两组膜的最佳曝气量分别为12.0m3·h-1和14.0m3·h-1，即在此类废水处理中，膜系统的最佳气水比分别为24和20。2.2临界膜通量最初提出的临界流量假设（Field等，1995）仅仅断言，在低于临界流量的条件下运行的分离膜不会出现膜污染。虽然当初这一假设只是包含了水力学引起的膜污染因素，但是毋庸置疑，临界流量的假设仍然是膜生物反应器工艺长期运