中空纖維膜組件與流程

[db:作者] / 2023-02-08 00:00

中空纖維膜組件與流程

中空纖維膜是外徑在1000μm以下的管狀膜，早期的中空纖維膜常常被封裝于管狀容器內制作成組件。根據纖維膜的排列和封裝結構，組件可分為U形和列管式兩種，組件內流體的流程也分為芯流程(內壓)和殼流程(外壓)兩種(見圖10-19、圖10-20)。U形組件中，中空纖維膜束的一端被彎折或膠封，處于自由狀態，而另一端用膠固定在管狀殼體上；列管式組件中，膜束的兩端均被膠固定在殼體上，而且組件的兩端之間纖維膜中心孔是穿通的。殼流程中，纖維膜的外側與殼體內壁之間的空隙為原料流體和濃縮液、截留物的通道，纖維的中心孔為透過流體的通道；芯流程反之。

圖10-20 列管式中空纖維膜組件的基本結構

設計組件結構和流程時，需要從以下主要幾個方面出發。

①膜的對稱性對結構對稱的膜，原理上采用內壓和外壓均可以，但要根據膜的強度和運行過程中膜兩側的壓力決定內壓流程或是外壓流程;當膜的強度低、膜兩側壓力差大時，應當采用外壓殼流程[殼流程耐壓最大可達1000psi(1psi=6894.76Pa)，高壓]。對結構非對稱膜，需要防止膜孔堵塞污染，若纖維膜的外表面為分離功能層，應采用外壓流程，反之采用內壓流程[芯殼流程耐壓小于150psi，中低壓]。

②U形組件的內壓流程為全過濾過程，無濃縮物料導出或原料液循環，極易形成膜污染，不適合高懸浮物含量流體混合物的分離，而列管式組件內壓流程具有較好的耐污染性。

③采用組件結構與流程相結合降低膜污染、實現自清洗，即采用原料流體的錯流或循環、提高膜表面的流速控制污染物在膜表面的吸附和濃差極化，此時在進料側需要兩個出口，一個用于進料，另一個用于物料循環、濃縮料出口。可以看出，根據這兩種基本結構和流程，結合具體分離對象物化性質，可以設計出最合理的組件結構和流程，甚至是分離工程運行的運行工藝。

流體，尤其是原料流體在組件內的流體力學分布是決定很多膜分離過程(膜在膜接觸過程)效果和效率的重要因素，往往需要物料流體在組件內有均勻的分布、較長的停留時間和較快的膜表面線速度。圖10-21為-種采用了中心分布管提高物料分布均勻性、帶有回流或截留收集或濃縮液排放、可以進行錯流操作運行列管式中空纖維膜組件，這也是中空纖維組件在反滲透過程中通常采用的結構和流程。雖然圖中示意的僅為外壓流程，實際上，該流程組件同樣適用于內壓流程。

圖10-21采用物料分布管(收集)的列管式中空纖維膜組件結構

上述幾種結構的中空纖維膜組件均是把膜束裝到管狀容器內，適用的膜過程除了反滲透外，還有超濾、氣體分離、滲析和滲透汽化等，特點是組件中膜的填裝密度高、分離速度快，應用領域十分廣泛。近10年來，又出現了不用外殼、相對為開放式的膜組件一屏幕式(或簾式)膜組件(見圖10-22)。

組件中，中空纖維膜平行排列成片狀，兩端用膠封固定在集水管內。運行時，將組件浸沒于被分離的液體流體中，通過與集水管相連的真空負壓抽吸或液體的靜壓使液體透過膜分離出來。這種組件主要用于膜生物反應器中，尤其是在廢水處理膜生物反應器中表現出極大的發展潛力。為了安裝使用方便，常常把多個膜片集裝在一起制作成模塊化的組件，幾種商業化的產品如圖10-23所示。

圖10-22 簾式膜組件結構

圖10-23 模塊化的膜組件

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