MBR用膜材及过滤分离机制

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-29 原文发表:2007-06-29 人气:2

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MBR用膜材及过滤分离机制张敏超研究员工研院环安中心 一、前言至目前为止，全世界至少有500座以上固液分离型膜离生物处理实厂运转中，其使用薄膜材料大多为微孔性(microporous)(孔径大小0.1~10μm范围)的高分子材料或无机陶瓷材料，如表1所示。其中，微多孔性高分子薄膜材料使用相转换(phase inversion)技术，使高分子溶液涂层上溶剂挥发后产生；微孔性薄膜，也可使用中空纤维膜(hollow-fiber)。现有的固液分离型膜离生物处理技术，除了Kubota公司的技术外。不管是浸入式或支流式膜离生物处理技术，所用之高分子膜材都是以这两类为主。这些材料可为醋酸纤维(cellulose acetate)、聚硫石风(polysulphone)、聚酰胺(polyamide)、聚乙烯、聚丙烯等如表二所示。在固液分离型膜离生物处理技术中，薄膜之功用是截留微生物与固体物，而使处理过水透过薄膜输送至另外一端。表1 　已商业化固液分离型膜离生物处理技术所用之薄膜型式*

公司名称	薄膜型式
Zenon (ZeeWeed)	0.1μm中空纤维
Zenon (ZenoGem)	管状UF
Orelis Mutsui Chemicals	平板式(聚丙烯材料)
Wehrle werk Ag	管状UF(polysulfone)
US Filter	0.2μm中空纤维(聚丙烯)
Degremont	陶瓷材料
Kubota	于不织布涂上一层0.2μm~0.45μm厚之多孔性(孔径大小0.4μm)之高分子涂层(板框式)

*Stephenson, T., S. Judd, B. Jefferson, and K. Brindle, “Membrane Bioreactors for Wastewater Treatment,” IWA Publishing, London , 2000. Kubota公司膜离生物处理技术之薄膜材料为不织物支撑物(nonwoven)上涂上一层微孔性高分子聚合物薄层。微孔性高分子薄膜膜孔大小约在0.2μm ~0.45μm，不织物支撑物有助滤作用。高分子不织物常用作过滤空气之纤维滤材，以除去空气中污染固体粒子。此种纤维滤材的孔隙一般可在1μm~50μm，对于小至0.1μm之空气微粒都能够过滤。不织物纤维滤材具有大的纤维孔隙却可除去微小粒子，显然地，其过滤机制不单只是一般微孔性薄膜筛阻(sieve)分离机制而已。不织物特殊纤维排列结构，使得进入孔隙内之小粒子，也会被拦截捕捉而具高过滤效能。不织物材料之过滤机制，除了筛阻机制外，尚包括一般不织物滤材之惯性碰撞(inertial impaction)机制，截留(direct interception)机制，布朗扩散(brownian diffusion)机制。其过滤分离之粒子大小范围相当宽广。此种不织物过滤之过滤机制可视为深床过滤分离(deep filtration)机制。表2 膜离生物反应器可使用之薄膜材料*

聚合物	优点	缺点
二氧化钛/二氧化锆(Titantium dioxide/ Zirconium dioxide)	耐化学性耐热性耐机械性	很贵只限MF或UF使用易碎
醋酸纤维	价廉耐氯性大	化学安定性差机械安定性差
Polysulfone	耐酸可蒸汽消毒	不耐碳氢化合物
聚丙烯	耐化学性	本身为疏水性，表面处理后可变为亲水性。
铁氟龙(PTFE)	疏水性强耐有机性耐化学性化学安定性佳	疏水性太强成本高
聚酰胺(Polyamide)	耐化学性及耐热性佳	对氧气敏感

*Stephenson, T., S. Judd, B. Jefferson, and K. Brindle, “Membrane Bioreactors for Wastewater Treatment,” IWA Publishing, London , 2000.
二、不织布滤材与微孔性膜材之结构及其对过滤机制如前所述，目前已商业化薄膜生物反应器所使用之薄膜材料是属于微孔性滤材。于探讨不织布滤材用作膜离生物反应器之膜材前，让我们先了解两种滤材之结构，如膜孔结构及粒子与膜孔相对大小与膜材积垢(fouling)之关系。UF或MF等微孔性薄膜，因为其膜孔大小小于污泥粒子，于膜离生物反应器系统中，其过滤机制是将欲去除之粒子置留于膜材表面上如图1所示。一般的情况是，粒径大于膜孔孔径之粒子会被去除，粒径小于膜孔孔径者则可能崁入膜孔而造成阻塞而影响到过滤效果。图1 微孔性薄膜过滤机制[Cheryan, M., “Ultrafiltration and Microfiltration Handbook,” Technomic Publishing Co. Inc., Lancaster, PA, USA, 1998] 不织布膜材(或称滤材)是一种多个相连开放性孔隙之多层纤维互相重迭网状结构物。当水或废水通过这些滤材，液相中之粒子可被拦截。被拦截之粒子可吸附在不织布表面上或孔隙内。如图2所示。

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