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工大中洁 · 南京膜科所

MBR 中空纤维膜

用于生化段的帘式膜元件,膜面积 10、21、32㎡,PVDF 材质,孔径 0.025μm,每箱装 48 片。膜生物反应器里的膜不直接处理进水,它浸在曝气池中把活性污泥留在池内,让清水出去。

MBR 这个工况,对膜提出什么要求

进水已经过生化处理。到达膜面的不是原水,而是混合液——水、溶解性物质,以及每升几克的活性污泥絮体。由此有三点:

  • 含固量低且均匀。混合液浓度通常在 6~12g/L,絮体松软,磨蚀性不强。
  • 靠曝气控制污染,不靠错流。粗气泡沿膜束上升擦洗表面,没有循环泵在做这件事。
  • 通量低、面积大。本系列膜元件标称运行通量 10~30L/(㎡·h),比管式回路低一个数量级。投资主要花在膜面积上,装填密度直接决定造价。

孔径 0.025μm。膜在这里的作用不是去除溶解性物质,而是把生物质挡在产水之外。

中空纤维 管式 孔细而多,面积大 一根敞开的通道 通道少而宽
分离原理相同,通道不同。真正变化的是「通道能放过什么」。

三种规格,同一种膜丝

一片帘式膜由集水管、根部浇铸块和一束膜丝组成。三种规格的差别只在挂多少膜丝——膜丝本身、浇铸材料与使用条件三者一致。

项目MP-LR10-MMP-LR21-JMP-LR32-J
膜面积10㎡21㎡32㎡
膜片尺寸 A×B×C660×1500×40mm875×1460×58mm875×2160×58mm
膜片湿重10kg20kg30kg
膜丝内径/外径0.8/2.1mm
膜丝平均孔径0.025μm
膜丝材质聚偏氟乙烯(PVDF),整体非对称结构
封胶材料聚氨酯(PU)
操作方式外压式
运行范围10~30L/(㎡·h)
运行 pH 范围5~9.5
膜清洗 pH 范围2~10.5(<30℃);2~10(30~40℃)
使用压力范围−55~55kPa
最大耐氯能力5000mg/L
预期产水浊度≤0.2NTU
产水 SDI15≤3

−55~55kPa 是双向工作区间:过滤时为抽吸,反洗时为顶压。膜元件湿法保存、湿态交付,运行中始终保持湿润。

车间内挂在不锈钢膜架上湿态存放的成品帘式膜元件
成品膜片,装包前湿态挂放 每片帘式膜由集水管、根部浇铸块与膜丝束组成。成品必须湿态存放——膜丝一旦干透,通量就回不到标定值。

分离层下面的支撑层,才是承压的那一层

膜丝以 VNIPS 法一次成型,形成整体非对称结构:外层是致密的分离层,中间是海绵状支撑层,最里面是承担壁面载荷的高强度支撑层。水由外向内——穿过分离层,经支撑层,从内腔引出。

  • 爆破压力大于 0.6MPa。分离层是嵌进支撑层里的,不是铺在上面,因此长期反洗与曝气擦洗也不会剥离。
  • 根部梳开、不聚团。每根膜丝在进入集水管处按序排布,到达根部的污泥能穿过去,不会板结成毡——帘式膜「下三分之一先失效」多半是这么来的。
  • 按脏水设计。0.8mm 的内腔过不了杂物和砂砾,所以必须置于格栅之后;但它针对的正是细孔膜丝几周就糊死的那类水质。

分离层孔径做得均一,产水浊度才是可重复的值,而不是最好情况下的值。

1 2 3
1  分离层,0.025µm,致密,挡住生物质
2  高强度支撑层,海绵状,承担壁面载荷
3  内腔,0.8 mm,产水由此引出
水由外向内:穿过分离层与支撑层,从内腔引出。内腔 0.8mm,小到能挡住生物质,大到反洗能冲干净。

每箱 48 片

膜片不是一片一片装的。它们挂在不锈钢膜箱里,膜箱同时承载产水集管与曝气总管;需要清洗或更换时,吊出的是整只膜箱。

膜堆参数
标准膜元件数48 片——可据实际情况减少,膜箱框架尺寸不变
膜箱尺寸 长×宽×高1860×2020×1500mm 1860×2020×2500mm
膜箱材质316L/304 不锈钢
透过液出口管径DN100、DN80
空气管径2×3″ UPVC
最大空气温度65℃
瞬时曝气量设计产水量的 8~15 倍
曝气头压力损失0.05bar(不含水力损失)
最容易被低估的一项。曝气量取产水量的 8~15 倍,风机往往是 MBR 系统里最大的用电负荷,比产水泵还大。建议先把气量定下来再定膜片数——气洗不足的膜箱,面积加得再多也照样污染。

什么时候该用中空纤维

一句话:含固量低到通道不会被堵住时,装填密度更高的那种形式更划算。市政与一般工业 MBR 大多落在这个区间。

占地受限

同样体积下,纤维束能装下的膜面积是管束的数倍。当膜池容积已被土建定死,这个倍数直接决定方案是否成立。

水质可预期

运行正常的生化段,混合液浓度是已知量。上游稳定、有格栅拦截,纤维束面对的进水就是可控的。

产水水质决定后续工艺

回用或接反渗透时,MBR 产水的低浊度与稳定 SDI,往往能让后面少一整段处理。

什么时候不该用

中空纤维是一张「口很小的滤网」。来水成团、含油、或化学清洗溶不掉的东西,最终会把它堵死——而堵死的纤维束,没法像管式那样通条捅出来。

我们划的界线。悬浮物大致 1% 以下,用中空纤维;3% 以上,用管式——敞开通道容得下这股固含,且能机械清洗。两者之间,由进水数据决定。完整推理见 中空纤维与管式超滤,其中也包括结论不利于我们的情形。

选型需要您提供的几个数

MBR 按通量与含固量选型,不按孔径选型。六个数字即可做出首轮方案:

输入项它为什么改变结果
设计流量,m³/d与选定通量一起决定膜面积。请注明是平均量还是峰值。
MLSS,g/L最关键的单一数据。它同时决定污染速率与曝气量。
峰值系数雨季或间歇排放会让瞬时流量翻倍。面积按峰值算,不按平均算。
水温范围低温混合液黏度大、通量低。冬季最低水温会改变所需面积。
产水去向排放、回用,还是直接进反渗透,三者对水质要求不同。
可用膜池容积决定实际能放下的膜箱数量,有时会覆盖按面积算出的结果。

提供这六项,我们回复的是膜箱数量、曝气量估算与清洗方案,不是一份产品目录。

同一种膜丝,装在压力壳里

不是所有脏水工况都要建池子。来水已经澄清——二级出水、滤池反洗水、地表水——同一种膜丝装进 UPVC 压力壳,走全流过滤或错流过滤即可。含固量低了,通量大约高四倍,占地从一座池子变成一个撬块。

项目DW-ZU0880-BDW-ZU0860-BDW-ZU0660
膜面积75㎡50㎡40㎡
组件尺寸Φ225×2360mmΦ225×1860mmΦ160×1775mm
组件湿重65kg53kg35kg
进水/产水/浓水口DN50/DN50/DN50DN50/DN50/DN50DN40/DN40/DN32~40
通量60~120L/(㎡·h)
最大跨膜压差0.20MPa
最大反冲洗压力0.25MPa
耐受 pH 范围2~12
运行温度1~40℃
膜壳/封胶聚氯乙烯(UPVC,食品级)/环氧树脂
最大耐 NaClO 浓度5000mg/L
产水浊度/SDI15<0.1NTU/<2.5

同为 0.025μm 膜丝、同等耐氯能力,因不需照顾生化系统,pH 区间更宽。可全流过滤配周期反洗,悬浮物高时改错流。

不锈钢框架上立式安装的超滤膜组件,现场照片
撬块上的压力式膜组件 立式膜壳,产水与浓水集管同在一副框架上。含固量已经很低时,用它替掉膜池——不用曝气,没有混合液,占地以米计。

同一股水,三种分法

项目浸没式 MBR压力式中空超滤管式超滤
进料混合液,6~12g/L已澄清的二级出水可达百分之几的浆料与污泥
推动力抽吸,−55~55kPa跨膜压差 0.20MPa3~5m/s 错流
通量10~30L/(㎡·h)60~120L/(㎡·h)60~120L/(㎡·h)
污染控制粗气泡曝气,气量为产水量的 8~15 倍反洗+化学清洗错流剪切,可机械清洗
单位体积膜面积大中小
耐油、耐杂物差中好——敞开通道能放过去
适用位置生化段、回用预处理反渗透前精处理高含固废水、渗滤液、含油废水、软化

三者分离原理相同,差别在于能吃什么料,以及洗干净要付多少代价。

把含固量和流量告诉我们,我们来判断该看哪一种。

如果答案是管式,我们会直说。三种形式都在我们厂里生产。

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