對(duì)于浸沒式中空纖維MBR系統(tǒng),有幾個(gè)設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)可以影響其性能。它們包括:曝氣鼓泡時(shí)氣泡的數(shù)量和性質(zhì),由此產(chǎn)生的液體流動(dòng)的流量,纖維的放置方式,纖維的直徑、長(zhǎng)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(gè)錯(cuò)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(gè)料液罐,用以垂直安放實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的中空纖維膜組件(約0.3m和0.5m長(zhǎng)),在恒定的通量下進(jìn)行抽吸壓力監(jiān)控。在這兩個(gè)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(shí)效果明顯,在出水量較大時(shí)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(yùn)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(shí)的出水通量被稱為“臨界通量”(Jcrit)。在這個(gè)通量下,對(duì)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(huì)引起固體物在膜表面的沉積�？梢杂猛�量步進(jìn)和觀察TMP歷史的方法來測(cè)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(dòng)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(shí)際運(yùn)行的MBR中,Jcrit并不是一個(gè)非常清晰的概念,這是因?yàn)?MBR反應(yīng)器中的液體是一個(gè)由不同物種組成的混合物,每種物質(zhì)對(duì)膜表面液體流動(dòng)形成的剪切力有不同的響應(yīng),通量步進(jìn)法只能測(cè)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(gè)壓差,所以中空纖維膜內(nèi)存在著一個(gè)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(shí)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(shí)際操作中,曝氣也是一個(gè)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(dòng)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(shí),生物反應(yīng)器內(nèi)沒有形成足夠的液體流動(dòng)用于清洗膜表面。當(dāng)這個(gè)比值較大時(shí)(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(dòng)。

　　3膜的放置方式：在系統(tǒng)1的測(cè)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(duì)于小纖維(id/od:0.39mm/0.65mm)橫向放置效果好于豎直放置;對(duì)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(dòng)與剪切作用。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.northcarolinalenders.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(dòng),易隨水流擺動(dòng),從而不利于污垢在膜表面的積累。在系統(tǒng)2的測(cè)試中,當(dāng)使用最小直徑的纖維并且纖維裝填較松時(shí),效果最佳。在實(shí)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(yùn)動(dòng)并損壞纖維絲。Fane等人提出一個(gè)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(duì)一定長(zhǎng)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(duì)于一定長(zhǎng)度的中空纖維膜,一定存在一個(gè)最優(yōu)的纖維直徑。楊大春等人采用水力學(xué)計(jì)算方法對(duì)中空纖維膜組件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),發(fā)現(xiàn)膜的幾何尺寸對(duì)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(shí)膜纖維端口的粘合長(zhǎng)度越長(zhǎng),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(zhǎng)度。