MBR平板膜的性能之物化稳定性能和经济性

目前所用的MBR平板膜大多是以高聚物为膜材料，在使用过程中，高聚物与光、热、氧气、酸、碱等接触都能使高聚物长链中的化学键断裂，从而引起高聚物的“老化”，高聚物所具有的物理化学特征也将逐渐消失，这就要求膜片要定期更换。另外，外界的高压也会使高聚物膜发生压密现象，使得膜的通量衰减。诸如此类，还有很多其他因素造成高聚物膜的结构、性质发生变化，从而造成膜性能的改变。

       分离膜的物理化学稳定性主要是由膜材料的化学特性决定的，包括耐热性、物理稳定性、耐酸碱性、耐化学膜材料性、亲水性、疏水性、毒性、机械强度等。2.3.3.1 机械性能浸没式平片膜要求有足够的机械强度，以满足安装、更换和运行时的湍流产生的机械力。膜的弹性模量(或断裂伸长) 以及膜的爆破强度是衡量膜的机械性能指标。膜的爆破强度可采用薄膜爆破强度仪测定。测定时将裁剪好的膜片放入爆破仪内，在膜下方通入氮气，缓慢升压，当升到一定压力时，膜爆破，此时的爆破压力即为膜的爆破强度。拉伸试验是在规定的试验温度、湿度和通量的条件下，在膜样沿纵向向上施加拉伸荷载，直至其破坏。根据最大荷载和对应的标线所拉伸的长度，求出膜的弹性模量。膜的爆破强度越高，弹性模量越大，膜的机械强度越好。2.3.3.2 耐化学膜材料

       浸没式平板膜广泛应用于各种性质的废水处理，故要求其具有耐化学膜材料侵蚀的能力以保证使用膜时不致分解或产生不良的影响。有机浸没式平片膜在应用中要考虑有机浸没式平板膜与化学溶剂的相容性，避免不被处理液所溶胀、溶解或发生化学反应。测试方法如下。

      式中，m为有孔干膜质量，g;m为无孔于膜质量，g;V为膜体积，cmpp通过实验测定，将膜的材料溶解于纯溶剂中，浇铸成膜(使 p0%)，即可看做“无孔膜”。算作为材料的密度。c.利用聚合物材料本身的密度，直接计算孔隙率，先称取常温下材料的质量，然后将聚合物材料在 105C温度下烘干直到恒重，前后两次质量差作为水的质量，根据水的密度和聚合物的密度，计算得出膜的孔隙率:

式中，mHo为水的质量，g;PH,o为水的密度，g/cm;m 为聚合物材料的质量，g;

P为聚合物材料的密度，g/cm。(3)截留率与截留分子量 截留率是指溶液中某种物质被膜截留的量占该物质在溶液中总量的百分比，其反映了浸没式平片膜的分离效率，是指对一定分子量的物质，膜能截留的程度。在超滤中一般也用脱除率表示。

在一定条件下，某些分子量的物质被膜截留，被截住物质的最小分子量即为膜的截留分子量，用以表征膜的分离能力。一般把能截留 90%的某种物质的相对分子量作为该膜的截留范围，称作该膜的相对分子质量。滤膜对特定物质的截留性不仅取决于它们的相对分子量的大小，还取决于其形状和柔韧性，如同不同形状的物质的截留程度不一样，刚性分子比柔性分子易被截留。原液《即配置液)或透过膜液体的相对分子质量分布可用凝胶渗透色谱 (GPC) 或高性能液相色谱(HPLC)测定。

截留率计算方法:

式中，R 为截留率;c 为原液浓度，%;为透过膜液浓度，%。截留率和截留范围不仅与膜的孔径有关，而且与膜材料的种类和性质有关，截留率越高、截留范围越窄的膜越好。@截留率及截留分子量的测定方法。测定截留率的标准物质一般有球形蛋白类(如牛血清蛋白、Y-球蛋白)、分枝多糖类(如葡聚糖)、线性聚合物类(如聚丙烯酸、聚乙烯二醇)。以聚乙烯二醇为例，具体操作方法如下。聚乙烯二醇与 Dragendoff 试剂可以生成橘红色的络合物，用分光光度计测试溶液中聚乙烯二醇的含量。将已知分子量的聚乙烯二醇加入水中，使其通过浸没式平片膜，测试过滤前后聚乙烯二醇溶液浓度变化，从而计算出浸没式平片膜对该种分子量聚乙烯二醇的截留率。标定某一截留分子量的滤膜，用具有相同分子量的聚乙烯二醇溶液作为标准液，测得的截留率在 90%以上，或者用具有相同分子量的蛋白质溶液作为标准液，测得的截留率在95%以上，则可以判定该膜符合所标定的截留分子量。

浸没式平板膜的膜通量指什么？

浸没式平板膜的膜通量是指透水速率，一般用一定条件下膜的纯水通量来表示。膜的纯水通量指在一定操作压力和常温条件下，单位时间内，单位膜面积的纯水透过在20~25C下，将浸没式平片膜浸泡在被检测的化学试剂中浸泡，一段时间 (24h48h、72h 或 120d) 后取出，观察、检测膜外观及性能的变化来判断浸没式平片膜对该种化学试剂的耐受能力。检测性能的变化主要为膜的孔结构、孔径和流速的变化，性能与对照样品相比若下降不超过 10%，则认为比较稳定。浸没式平片膜的耐化学膜材料性能包括对酸碱的耐受力，常用的浸没式平片膜适用的pH范围见表2-7。

2.3.3.3 耐热性

在某些工业废水处理中，废水温度较高，膜需具有一定的耐热性以不影响使用。另外在食品工业及医药行业中对耐热性也有一定要求。

2.3.3.4 毒性浸没式平片膜用于食品、医药等时对毒性的要求较为严格。毒性检测方法为:将膜片剪成数小块碎片，浸泡在生理盐水中，在 70C下浸泡一定时间后，将浸泡液以 50mL/kg 体重的量注入小白鼠中进行毒性试验，以无任何不良反应和明显症状作为合格的依据。

2.3.3.5 亲水性和疏水性-般用测定接触角和采用蛋白质吸附量来表征膜的亲水性。膜的亲水性和疏水性与制膜材料有关，膜材料的种类及配比都能影响到膜的亲水性和疏水性。膜的亲水性和疏水性与膜的吸附和膜的透水速率有密切关系，影响到膜的应用范围。2.3.3.6 可萃取物和灰分

可萃取物的测定是将膜样品放在沸水中，煮沸一定的时间，观察膜前后的质量变化，可以计算膜的萃取率，分析煮膜水中的成分，可以知道膜中的主要萃取物。具体为:将膜样品于105C烘1h后称质量 (W1)，将样品浸入蒸水中，加热煮沸一定时间，重新干燥称质量(W2)，以滤膜煮沸前后的质量差按公式计算水萃取率:

然后分析水中的成分，即可知道滤膜的可萃取物。

滤膜的灰分是指滤膜完全燃烧后所留下来的残渣及其成分，灰分测定按照国标 GB7531-87 进行，操作方法为:先将滤膜在低温电炉上完全炭化，然后在温度 (65025)C下，于马弗炉中灼烧至恒温，按以下公式计算灰分含量:

式中，Z为灰分含量，%;m1 为十灰分质量，kg;m2 为质量，kg;m 为试样质量，kg。

2.3.4 经济性

高分离率、高通量、稳定的物理和化学性质，无缺陷且便宜的价格是浸没式平片膜广泛应用于水处理行业的最基本条件。相同工艺条件下制备两种复合膜，浸没式平片膜性能优于中空纤维膜，其通量和截留率高，而操作压力低，不过其性能参数变化幅度较大。浸没式平片膜的应用亦具有广阔的前景，但制约着浸没式平片膜应用的瓶颈之一是其较高的成本和市场价格。