国际著名薯条食品生产商辛普劳(中国)食品有限公司(SIMPLOT)宁夏工厂,污水生化处理MBR工艺使用久保田(KUBOTA)平板膜,需要更换时,该公司担心进口采购渠道繁琐,并考虑降低成本,拟采用国内产品替代,并从2020年开始引进多个品牌的国产平板膜进行实验,一直无法找到性能接近、满足要求的产品。
2022年8月,该公司采购上海希沃环境科技有限公司(SEVOO)的CMBR平板膜300片(0.8m2/片)进行实验,初期认证通量性能类似于久保田平板膜(超过国内同类产品),替换久保田产品经过一年多的实际运行认证,该公司已经决定进行后期采购。
一般情况下,膜产品无法进行严格的平行比较。只有在实力雄厚的国际公司,具备以上需求,在同等运行条件下,采用批量产品,严肃认真地进行长期运行试验(非小规模试验),才能获得真实有效的数据和对比结论。
那么为什么CMBR平板膜可以替代久保田产品呢?
1、CMBR平板膜膜材料介绍:
CMBR平板膜膜材料由三层组成,第一层材料为PTFE,孔结构以断面充分贯通、表面极其开放的膨化拉伸网络孔为主,表面孔数量超过15亿个/cm2,厚度极薄约5-10μm;第二层为PTFE网络孔支撑下的PVDF合金材料修饰孔,两者互穿结合,约5-10μm;第三层为PET或PP无纺布增强支撑材料。膜材料总过滤层约10-20μm,孔径呈类正态分布,结构均匀,具有极好的机械强度。
图1.膜材料表面5,000倍电镜照片
图2.膜材料截面1,000倍电镜照片
图3.膜材料膜孔直径分布图
CMBR平板膜膜材料(聚氟复合膜,以下简称PF膜)经永久改性后表面具有荷叶现象。膜改性后孔表面具有醚基、羟 基、羰基和特殊的功能基团,这些基团具有良好的亲水和仿生性能,表面微观的拓扑结构(微米-纳米分级结构)和表面宏观的亲水 “疏水”现象,使膜呈现出既高度亲水又有低的水滚动角的综合性能,因此膜具有良好的过滤和自洁能力。
图4.原膜
图5.改性膜
图6.改性膜表面模型
PF膜的宏观表面性能:改性前与水接触角125.3°,改性后与水接触角80.5°,改性后水的前进角95.6°。
表1 PF膜的电位
PF膜孔表面带负电性,并且改性功能基团与污水中的胞外聚合体在某种结构上具有相似性,以此形成超低吸附性能。
表2 主要技术指标
说明:
1、泡点测试介质为无水乙 醇,水通量在△P=0.02 MPa ,T=25 ℃下测试; 2、型号栏中均为增强复合膜材料;
2、对比试验数据
PF膜具有非常好的耐环境性,因此更换的频率低,使用寿命长;膜孔数量多且均匀,孔隙高,又有良好的过滤和仿生自洁能力,因此曝气量维持在4~7L/m2/min,TPM上升速度控制在0.04~0.08kPa/d时,MLSS浓度为10,000mg/L的污水处理通量可以稳定达到1.0m3/m2/d,并且出水质量高而稳定,有着优异的抗污染能力。PF膜由于改性层的特殊性,可以有效地控制MBR处理中生物钙和有机污染物的沉积,即使污染后膜的通量仍然较大并且十分容易清洗,因此特别适宜城市自来水净化和中水的MBR处理。
污水MLSS浓度为10,500~12,300mg/L,膜采用PF140,对比膜分别采用国外著名公司的PTFE和PVDF,同池同工艺条件下运行。
表3 膜材料基本参数对比
图7.流速-阻力变化对比
PF140膜TPM上升速度缓慢,即使出水流速达到1.2m3/m2/d,TPM上升速度仍较平稳,而对比膜已无法运行。
表4 TPM上升速度(kPa/d)对比
3、PF膜出水质量
在进水MLSS浓度为12,500~13,300mg/L,流速1.0m3/m2/d,曝气量7L/m2/min时,出水质量高并且非常稳定。
图8.出水质量变化
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