對于浸沒式中空纖維MBR系統,有幾個設計和運行參數可以影響其性能。它們包括:曝氣鼓泡時氣泡的數量和性質,由此產生的液體流動的流量,纖維的放置方式,纖維的直徑、長度,裝填密度和松緊程度,生物質的濃度,操作方式等。

　　下面結合具體的應用來討論影響MBR出水通量的因素。系統1使用一個錯流室,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整。系統2使用一個料液罐,用以垂直安放實驗室規模的中空纖維膜組件(約0.3m和0.5m長),在恒定的通量下進行抽吸壓力監控。在這兩個系統中使用的是孔徑為0.2μm的聚丙烯中空纖維,外徑從0.65mm到2.7mm不等。使用的生物質為干酵母,平均直徑5μm。

　　1臨界通量：在系統1中,曝氣能顯著增加處理出水流量。在出水量較小時效果明顯,在出水量較大時效果不明顯。通量隨著曝氣強度的增加而升高,最后穩定在一較高值上。曝氣鼓泡可以降低可恢復和不可恢復阻力的程度。在理論上,當系統運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。當污染物開始積累時的出水通量被稱為“臨界通量”(Jcrit)。在這個通量下,對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,不會引起固體物在膜表面的沉積。可以用通量步進和觀察TMP歷史的方法來測量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液體流動在膜表面形成的剪切作用,可以預料曝氣鼓泡將使Jcrit增大。在臨界通量和曝氣氣體在實際運行的MBR中,Jcrit并不是一個非常清晰的概念,這是因為:MBR反應器中的液體是一個由不同物種組成的混合物,每種物質對膜表面液體流動形成的剪切力有不同的響應,通量步進法只能測量主要物種的Jcrit;在浸沒式MBR中,由于中空纖維內腔沿著軸向存在一個壓差,所以中空纖維膜內存在著一個通量分布,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“可持續通量”是很現實的做法,也就是在適當的操作周期內不需進行膜清洗而能持續的出水通量。可以認為“可持續通量”隨著曝氣氣流速度的增加而增大。

　　2反應器內循環流流率：在實際操作中,曝氣也是一個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器內形成升流區和降流區。當降流區的橫截面積與升流區之比較小時,生物反應器內沒有形成足夠的液體流動用于清洗膜表面。當這個比值較大時(3.6～4.5),生物反應器內形成了適當的能夠減緩膜面污染的流體流動。

　　3膜的放置方式：在系統1的測試中,浸沒式中空纖維的性能變化很復雜,取決于纖維的尺寸和有無曝氣鼓泡。無鼓泡:對于小纖維(id/od:0.39mm/0.65mm)橫向放置效果好于豎直放置;對于大纖維(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與剪切作用。具體聯系污水寶或參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

　　4膜纖維的直徑：在系統1中,較小的纖維比較大的纖維效果好,可能原因是較纖細的纖維更加易于活動,易隨水流擺動,從而不利于污垢在膜表面的積累。在系統2的測試中,當使用最小直徑的纖維并且纖維裝填較松時,效果最佳。在實際應用中,要考慮到不能將中空纖維裝填過松,否則液流有可能導致纖維絲的過度運動并損壞纖維絲。Fane等人提出一個數學模型用來模擬浸沒式MBR中的中空纖維膜組件的行為,并使用該模型對一定長度的中空纖維膜直徑予以優化以獲得最大產率。他們認為,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,所以對于一定長度的中空纖維膜,一定存在一個最優的纖維直徑。楊大春等人采用水力學計算方法對中空纖維膜組件進行優化設計,發現膜的幾何尺寸對產水量的影響很大,并提出在經濟性允許的條件下應將膜選得盡量短:同時膜纖維端口的粘合長度越長,出水量越低。在膜的制造過程中,在強度允許的條件下應盡量縮短粘合長度。