對于浸沒式中空纖維MBR系統(tǒng),有幾個設(shè)計和運行參數(shù)可以影響其性能。它們包括:曝氣鼓泡時氣泡的數(shù)量和性質(zhì),由此產(chǎn)生的液體流動的流量,纖維的放置方式,纖維的直徑、長度,裝填密度和松緊程度,生物質(zhì)的濃度,操作方式等。
下面結(jié)合具體的應(yīng)用來討論影響MBR出水通量的因素。系統(tǒng)1使用一個錯流室,允許流體以橫向或軸向流過中空纖維,可以使用不同尺寸的中空纖維并且纖維間的間距可以調(diào)整。系統(tǒng)2使用一個料液罐,用以垂直安放實驗室規(guī)模的中空纖維膜組件(約0.3m和0.5m長),在恒定的通量下進(jìn)行抽吸壓力監(jiān)控。在這兩個系統(tǒng)中使用的是孔徑為0.2μm的聚丙烯中空纖維,外徑從0.65mm到2.7mm不等。使用的生物質(zhì)為干酵母,平均直徑5μm。
1臨界通量：在系統(tǒng)1中,曝氣能顯著增加處理出水流量。在出水量較小時效果明顯,在出水量較大時效果不明顯。通量隨著曝氣強(qiáng)度的增加而升高,最后穩(wěn)定在一較高值上。曝氣鼓泡可以降低可恢復(fù)和不可恢復(fù)阻力的程度。在理論上,當(dāng)系統(tǒng)運行在固定出水通量條件下,可以做到在操作過程中固體顆粒不在膜表面上積累。當(dāng)污染物開始積累時的出水通量被稱為“臨界通量”(Jcrit)。在這個通量下,對流所引起的固體物沉積,剛好被流體剪切力之類的作用所平衡,不會引起固體物在膜表面的沉積。可以用通量步進(jìn)和觀察TMP歷史的方法來測量Jcrit,一旦TMP開始顯著地增加,就意味著沉積就開始了并且通量超過了Jcrit。由于曝氣鼓泡可以增強(qiáng)液體流動在膜表面形成的剪切作用,可以預(yù)料曝氣鼓泡將使Jcrit增大。在臨界通量和曝氣氣體在實際運行的MBR中,Jcrit并不是一個非常清晰的概念,這是因為:MBR反應(yīng)器中的液體是一個由不同物種組成的混合物,每種物質(zhì)對膜表面液體流動形成的剪切力有不同的響應(yīng),通量步進(jìn)法只能測量主要物種的Jcrit;在浸沒式MBR中,由于中空纖維內(nèi)腔沿著軸向存在一個壓差,所以中空纖維膜內(nèi)存在著一個通量分布,這就意味著某些位置的通量大于Jcrit,而某些位置的通量小于Jcrit。因此,考慮“可持續(xù)通量”是很現(xiàn)實的做法,也就是在適當(dāng)?shù)牟僮髦芷趦?nèi)不需進(jìn)行膜清洗而能持續(xù)的出水通量�？梢哉J(rèn)為“可持續(xù)通量”隨著曝氣氣流速度的增加而增大。
2反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流流率：在實際操作中,曝氣也是一個影響膜組件性能的重要因素。在浸沒式MBR中,由曝氣而形成的液流湍動可以降低膜表面污染物的積累。在浸沒式MBR中,曝氣形成的液流在反應(yīng)器內(nèi)形成升流區(qū)和降流區(qū)。當(dāng)降流區(qū)的橫截面積與升流區(qū)之比較小時,生物反應(yīng)器內(nèi)沒有形成足夠的液體流動用于清洗膜表面。當(dāng)這個比值較大時(3.6～4.5),生物反應(yīng)器內(nèi)形成了適當(dāng)?shù)哪軌驕p緩膜面污染的流體流動。
3膜的放置方式：在系統(tǒng)1的測試中,浸沒式中空纖維的性能變化很復(fù)雜,取決于纖維的尺寸和有無曝氣鼓泡。無鼓泡:對于小纖維(id/od:0.39mm/0.65mm)橫向放置效果好于豎直放置;對于大纖維(id/od=1.8mm/2.7mm),豎直放置效果好于橫向放置。有鼓泡:豎直放置效果好于橫向放置。有證據(jù)表明橫向放置的膜單元能滯留部分氣泡,不能夠在膜表面形成充分的湍動與剪切作用。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4膜纖維的直徑：在系統(tǒng)1中,較小的纖維比較大的纖維效果好,可能原因是較纖細(xì)的纖維更加易于活動,易隨水流擺動,從而不利于污垢在膜表面的積累。在系統(tǒng)2的測試中,當(dāng)使用最小直徑的纖維并且纖維裝填較松時,效果最佳。在實際應(yīng)用中,要考慮到不能將中空纖維裝填過松,否則液流有可能導(dǎo)致纖維絲的過度運動并損壞纖維絲。Fane等人提出一個數(shù)學(xué)模型用來模擬浸沒式MBR中的中空纖維膜組件的行為,并使用該模型對一定長度的中空纖維膜直徑予以優(yōu)化以獲得最大產(chǎn)率。他們認(rèn)為,由于直徑很小的纖維有著高的壓力損失,而直徑較大的纖維有著較低的裝填密度和比表面積,所以對于一定長度的中空纖維膜,一定存在一個最優(yōu)的纖維直徑。楊大春等人采用水力學(xué)計算方法對中空纖維膜組件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,發(fā)現(xiàn)膜的幾何尺寸對產(chǎn)水量的影響很大,并提出在經(jīng)濟(jì)性允許的條件下應(yīng)將膜選得盡量短:同時膜纖維端口的粘合長度越長,出水量越低。在膜的制造過程中,在強(qiáng)度允許的條件下應(yīng)盡量縮短粘合長度。
