就目前常用的幾種膜組件結(jié)構(gòu)來說,管式膜組件是最抗污染和最易清洗的.管式膜抗污染、易清洗,可容易實現(xiàn)海綿球機械清洗,但是其單位體積的膜面積最小,造價遠高于其他結(jié)構(gòu)膜組件。因此管式膜組件一般應(yīng)用于物料含固量高,回收率要求高,有機污染嚴重并且難以運用預(yù)處理的環(huán)境,其在果汁和染料行業(yè)運用非常成功,特別是染料行業(yè)幾乎全采用管式膜。




無機陶瓷膜的工業(yè)組件基本都是管式膜結(jié)構(gòu),這主要由其加工工藝—燒結(jié)的方式所決定。陶瓷膜的主要特點是可以耐高溫、耐強酸強堿氧化劑,抗物理磨損能力強,并且使用壽命長,一般為3-5年,這些是有機膜無法具備的。其膜系統(tǒng)一般提供反沖洗裝置,而復(fù)合結(jié)構(gòu)的有機膜是不能進行反沖洗的。目前陶瓷膜系統(tǒng)主要應(yīng)用于高溫、高堿性廢水處理,原蒸發(fā)濃縮領(lǐng)域,果汁、糖等黏度高的食品飲料、顏料,發(fā)酵液和啤酒發(fā)酵罐底部廢液處理。膜的長度一般為1M,太長容易折斷。操作壓力進出口端一般分別為3-5bar/2-3bar,壓力通常損失1-1.5bar,最大承受壓力10bar。膜管內(nèi)流速一般為4-6m/s 流速,進料流量通常為循環(huán)流量的10%。一般要求100-150um的預(yù)過濾。
金屬管式膜組件
另一類目前常用的管式膜是金屬膜。金屬膜是在上世紀(jì)70—80年代為解決在高溫、高壓及一些高黏度的條件下微小物質(zhì)的分離而發(fā)展起來的一種過濾技術(shù),最早的技術(shù)原型是金屬“濾棒”,后發(fā)展出錯流過濾的形式而發(fā)展成膜過濾技術(shù)。該技術(shù)的主要代表是美國Graver公司的Secpter金屬膜。作為一種微濾技術(shù),它的過濾孔徑一般在0.1微米以上,與無機陶瓷膜具有基本相同的截留分離性能,只是更加適合在高溫和高壓的條件下使用。目前其主要應(yīng)用于催化劑的回收(高溫),玉米糖漿中糖泥的過濾(高黏度)和生物發(fā)酵液的過濾。
卷式膜組件在水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用是極為廣泛和極其成功的。螺旋卷式結(jié)構(gòu),簡稱卷式結(jié)構(gòu)。它由多葉膜袋組成,每一葉膜袋由兩片膜正面相背的膜片、置于兩片膜片間的產(chǎn)品水流道和放置在膜表面的進水湍流網(wǎng)格流道組成,該膜袋三邊用膠粘劑密封,第四邊開口于有孔的產(chǎn)水收集管上。


卷式膜組件的優(yōu)點在于:(1)單位體積內(nèi)膜的填充密度相對較高;(2)結(jié)構(gòu)簡單緊湊,價格低廉 ;(3)制造工藝簡單;(4)安裝操作方便 ;(5)有進料分隔板,物料的交換效果良好。 其缺點在于:(1)難以清洗,因此對物料的預(yù)處理要求嚴格;(2)滲透液流體流動路徑較長 ;(3)膜必須是可焊接或可粘連的;(4)膜元件如有一處破損,將導(dǎo)致整個元件失效。
平板膜組件平板膜組件在膜技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的初期就已經(jīng)廣泛使用,其早期的結(jié)構(gòu)簡單,主要由(1)平板膜,(2)支撐膜的平盤,(3)進料邊起流體導(dǎo)向作用的平盤三部分構(gòu)成。其突出優(yōu)點是,每兩片膜之間的滲透物都是被單獨引出的,因此可以通過關(guān)閉個別膜組件來消除操作中的故障,而不必使整個膜組件停止運轉(zhuǎn)。其更換單對膜片很方便,膜片在加工中也無需象卷式需要粘合才能使用,并且換膜片的成本是所有膜系統(tǒng)中最低廉的。甚至可以簡單地增加膜的層數(shù)實現(xiàn)增大處理量的目的。
其缺點是(1)該系統(tǒng)需要個別密封的的數(shù)目太多,(2)內(nèi)部壓力損失也相對較高(取決于物料轉(zhuǎn)折流動的狀況),(3)其對膜的機械強度要求較高,(4)由于組件流程較短,其單程的回收率較低,(5)其組件的裝填密度較低,一般為30-500m2/m3,(6)組件基本都由不銹鋼制作,成本昂貴。 平板膜組件在發(fā)展過程中為了更大程度的提高其抗污染能力,各生產(chǎn)廠家都對支撐膜的平盤結(jié)構(gòu)進行了大幅度的改良,使平盤上具有各種類型的凹凸結(jié)構(gòu),目的在于增加物料流動的湍流程度以減小濃差極化。 通過結(jié)構(gòu)上的改良,平板膜組件目前廣泛運用于含固量較高的發(fā)酵、食品行業(yè)。其在工藝上取代了傳統(tǒng)的絮凝、板框過濾,并成功解決了以往絮凝、助濾處理發(fā)酵液時帶來的3-10%的產(chǎn)品損失。 平板膜組件在使用中受以下條件限制:(1)不能用于強酸強堿的場合 ;(2)耐有機溶劑性能較差;(3)不能用于高溫場合 ;(4)膜組件單位體積內(nèi)的膜面積較小?!?/span>
中空纖維式膜組件
中空纖維式膜組件最早是由美國Dow公司采用醋酸纖維素為原料研制成功,并在工業(yè)上得到應(yīng)用。中空纖維式膜在結(jié)構(gòu)上是非對稱的。與管式膜不同,其抗壓強度靠自身的非對稱結(jié)構(gòu)支撐,可承受6MPa的靜壓力而不會被壓實。由于纖維管徑細小,一般為幾十到幾百μm,因此中空纖維式膜組件是填充密度最高的一種膜組件。按其作用方式不同可分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。采用何種封裝方式及進料采用外壓式還是內(nèi)壓式取決于組件被用于何種分離過程和料液的性質(zhì)。當(dāng)料液走在纖維外時,可平行于纖維流動,也可通過位于纖維束中心的多孔分布作徑向流動。


