板框式膜组件与流程

最早的膜组件是于20世纪60～70年代开发出的平板超滤膜组件，使用时类似于板框压滤机，组件被夹在一定形式的框架中间，这种结构的组件成为板框式膜组件(plate andframe modules)，有板支撑[见图10-13(a)]和网支撑[见图10-13(b)]两种，其中具有连通性的网格(板支撑组件中膜与支撑板之间的网格衬层)为流体的流道之一。原理上可以采用网格侧为原料液体的进料流程(内压)，也可以采用网格侧为透过物通道的流程(外压)，但是由于膜被粘接于支撑板或网格上，若采用内压流程，耐压性很差，当膜两侧压力稍大时就把膜胀破或将粘接破坏，因而绝大多数的半筐膜组件均采用外压式流程。另外，单个膜组件的膜面积较小，在使用时为了保证分离速度，需要采用较多的组件，因而衍生出组件与组

图10-13 平板膜板框式膜组件的基本结构和流体流程

件组合(或集装)的问题，组件的可组合性也是在组件结构和流程设计中必须考虑到的。

板框膜组件的结构变化主要在外形和流道方面，但总的可变化性较小。图10-14是早期用于分离天然气中氦气的平板膜板框式组件及其集成结构。该组件的透过气出口在膜的一侧，多个组件平行叠放后透过气串联起来放置于密闭的耐压容器中，运行时采用的是外压流程。图10-15为由板框膜组件在反渗透过程中的组合集成组件结构和流程，该结构有较高的膜装填密度和较小的流道压力损失。图10-16为德国HUBER公司设计制作的板框膜组件、膜组件的集成结构及其浸没式膜生物反应器(Sumberged Membrane Bioreactor，SMBR)，该组件为扇形，组合成集成组件圆柱状，具有较好的安装特性。使用时，将集成组件作为一个整体浸入生物反应池中，透过液出口与真空系统连接，反应池中的液体在负压作用下透过膜被抽吸出来，而固体仍被截留于反应池中。

图10-14 分离天然气中氦的平板膜板框式组件及其集成结构

图10-15 反渗透过程用板框膜组件的组合与流程

图10-16 德国HUBER平板膜板框式膜组件及在浸没式膜生物反应器(SMBR) 中的集成

尽管板框式膜组件是最早获得应用的组件，但相对于其他形态膜的组件，它存在如下主要问题： 一 是组件中膜的装填密度(单位空间容积内的膜面积)较低，单个组件的通量较小；二是在应用中进行组件组合时，需要采用大量密封垫圈，容易产生流体的泄漏；三是制造成本高。目前，除了在电渗析(ED)系统、渗透汽化(Pervaporation， PV)系统和少量的反渗透(RO)系统及高固含量/易污染的超滤(UF)系统中的应用外，板框膜组件已逐渐被平板膜卷式膜组件、中空纤维膜组件代替。

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