膜組件介紹

        膜分離裝置的最小單元稱為膜組件，對于卷式膜則通常稱為膜元件。膜組件的設計須 實現以下兩個目標：

        ①為了限制濃差極化現象（脫鹽膜）和顆粒沉積（澄清分寓膜，即過濾膜）胞發生， 必須確保被處理液體在膜內維持足夠高的循環速度：

        ②緊湊的膜組件排列方式，即實現單位體積內膜面積的更大化。

        這兩個目標有助于降低噸水處理所滿膜組件的成本，但會增大運行能耗：高循環水流 速度和縮窄的通道將會增大水頭損失，因此必須統籌考慮。

        膜組件的設計還須滿足以下要求：

        ①易于反沖洗，能夠進行水力清洗、化學清洗或消毒，甚至達到無菌狀態；

        ②易于安裝和拆卸；

        ③可選擇自動化運行。

膜組件分類

        目前市場上主要有四種膜組件，包含管式膜、中空纖維膜、平板膜和卷式膜。在水處理應用中，95%的微濾和超濾裝置選用中空纖維膜組件，95%的納濾和反滲透裝置采用卷式組件。

        1. 管式膜組件

        將膜置于直徑為4～25mm的支撐管（多孔或有引流孔）內制作成膜元件，這些支撐管串聯或并聯封裝于圓柱狀容器中就構成膜組件（圖1）。

圖1   管式膜組件（有機膜）

1——原水進口；2——支撐管；3——膜支撐層；4——產水出口；

5——膜；6——濃水出口；7——懸浮液中的顆粒物

        這種膜的水力條件已經*明確。如有必要在高湍流度的條件下運行，水流循環速度可達6m/s。

        這種膜組件使用時無需對原水進行精細預過濾處理并且易于清潔，一般采用海綿小球進行清洗。該膜組件的主要缺點式不夠緊湊導致單位面試的成本較高。這類組件尤其使用于處理濃度高或黏度大的水，有時也會用于一些特殊的小規模水處理裝置，通過將晶體在濃水中維持為懸浮態或利用海綿小球清洗膜表面來控制結垢。

        通過擠壓成型的陶瓷膜組件也可以制成管式膜組件。管式陶瓷膜組件（圖2）已成功應用于工業廢水處理的MBR工藝中（在這種情況下，需要注意的式系統對纖維很敏感）。

        1. 中空纖維膜組件

        直徑為0.6～2mm的中空纖維是將膜材料通過環形模具擠壓制得。中空纖維的厚度與直徑的比例使其能承受運行時所受到的內部或外部壓力，因而被稱為自支撐膜（有些膜絲在內部增加了支撐層以提高其強度）。成千根的中空纖維膜絲組裝在一起排列成束制成膜組件。

        待處理的水在中空纖維膜的內部（內壓式膜）或外部（外壓式膜）流動。

        這種膜組件的顯著優勢是可以定期進行反沖洗（每20min～2h一次），從而使膜絲可以一直在遠地域其機械強度極限的工況下運行。

        圖3所示為Aquasource內壓式超濾膜組件Ultrazur450的典型配置。這種膜組件由35600根0.9mm直徑的中空纖維組成，膜面積為125m2。這種膜組件可以以死端過濾或錯流過濾方式運行。

        外壓式中空纖維膜組件也具有相同的幾何特征，待處理的水在膜絲的外部流動，過濾后出水匯集至膜絲末端。這些膜也易于反沖洗，但是通常只采用死端過濾模式（流體在成束的膜絲間的流態要復雜得多）。圖4展示的是浸沒式超濾系統中的外壓式超濾膜組件，這些膜絲被直接浸沒在水或懸浮液中用于過濾，通過抽真空（20～60kPa）的方式將濾液通過膜絲抽除。

        除了極少數特殊膜組件（見陶瓷膜組件）和一些用于膜生物反應器的平板膜組件外，所有過濾分離膜（微濾或超濾）均為內壓式膜或外壓式膜。這些中空纖維膜組件，易于反沖洗且水頭損失小，其操作壓力通常地域lbar（lbar=105Pa）。

        日本的Toyobo公司是現在唯YI出售外壓式反滲透膜（海水型）的公司，這種中空纖維的直徑（130μm）實際上遠小于前述的超濾和微濾膜。相比于卷式膜組件，其耐壓強度高（操作壓力80bar）且更加緊湊。

        無論是內壓式還是外壓式中空纖維膜，都須防止大顆粒物堵塞膜組件。因此，在任何膜系統進水除均需安裝過濾精度為150～500μm的保安過濾器。

圖3 

圖4