如何進(jìn)行水處理？

衡美水處理為您介紹一種經(jīng)久耐用、性能優(yōu)越的水處理設(shè)備——MBR，并向您介紹MBR工藝知識(shí)。

四、工藝用膜

膜可以由很多種材料制備，可以是液相、固相甚至是氣相的。目前使用的分離膜絕大多數(shù)是固相膜。根據(jù)孔徑不同可分為：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜；根據(jù)材料不同，可分為無(wú)機(jī)膜和有機(jī)膜，無(wú)機(jī)膜主要是微濾級(jí)別膜。膜可以是均質(zhì)或非均質(zhì)的，可以是荷電的或電中性的。廣泛用于廢水處理的膜主要是由有機(jī)高分子材料制備的固相非對(duì)稱膜。

膜的分類依據(jù)及分類：

1、膜材質(zhì)

（1）高分子有機(jī)膜材料：聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。

有機(jī)膜成本相對(duì)較低，造價(jià)便宜，膜的制造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣，應(yīng)用廣泛，但運(yùn)行過(guò)程易污染、強(qiáng)度低、使用壽命短。

（2）無(wú)機(jī)膜：是固態(tài)膜的一種，是由無(wú)機(jī)材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無(wú)機(jī)高分子材料等制成的半透膜。

目前在MBR中使用的無(wú)機(jī)膜多為陶瓷膜。優(yōu)點(diǎn)是：它可以在pH=0~14、壓力P<10MPa、溫度<350 ℃的環(huán)境中使用，其通量高、能耗相對(duì)較低，在高濃度工業(yè)廢水處理中具有很大競(jìng)爭(zhēng)力；缺點(diǎn)是：造價(jià)昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有困難。

2、膜孔徑

MBR 工藝中用膜一般為微濾膜（MF）和超濾膜（UF），大都采用0.1～0.4μm膜孔徑，這對(duì)于固液分離型的膜反應(yīng)器來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。

微濾膜常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。

超濾常用聚合物材料有：聚砜、聚醚砜（PES）、聚酰胺、聚丙烯腈（PAN）、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞酰胺、聚醚酰胺等。

3、膜組件

為了便于工業(yè)化生產(chǎn)和安裝，提高膜的工作效率，通常將膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi)，在驅(qū)動(dòng)力下，完成混合液中各組分的分離，這類裝置稱為膜組件（Module）。

工業(yè)上常用的膜組件形式有五種：

板框式、螺旋卷式、圓管式、中空纖維式和毛細(xì)管式。前兩種使用平板膜，后三者使用管式膜。圓管式膜直徑>10mm；毛細(xì)管式0.5~10.0mm；中空纖維式<0.5mm。

附：各種膜組件特性

MBR 工藝中常用的膜組件形式有：板框式、圓管式、中空纖維式。

（1）板框式

MBR工藝開(kāi)始應(yīng)用的一種膜組件形式，外形類似于普通的板框式壓濾機(jī)。

優(yōu)點(diǎn)：制造組裝簡(jiǎn)單，操作方便，易于維護(hù)、清洗、更換。

缺點(diǎn)：密封較復(fù)雜，壓力損失大，裝填密度小。

（2）圓管式

由膜和膜的支撐體構(gòu)成，有內(nèi)壓型和外壓型兩種運(yùn)行方式。實(shí)際中多采用內(nèi)壓型，即進(jìn)水從管內(nèi)流入，滲透液從管外流出。膜直徑在 6~24mm 之間。

優(yōu)點(diǎn)：料液可以控制湍流流動(dòng)，不易堵塞，易清洗，壓力損失小。

缺點(diǎn)：裝填密度小。

（3）中空纖維式

組裝形式如下圖所示：外徑一般為40～250μm，內(nèi)徑為25～42μm。在MBR中，常把組件直接放入反應(yīng)器中，不需耐壓容器，構(gòu)成浸沒(méi)式膜--生物反應(yīng)器。一般為外壓式膜組件。

（4）柱形中空纖維膜

優(yōu)點(diǎn)：耐壓強(qiáng)度高，不易變形，不需支撐材料；裝填密度高；造價(jià)相對(duì)較低；壽命較長(zhǎng)，可以采用物化性能穩(wěn)定，透水率低的尼龍中空纖維膜。

缺點(diǎn)：對(duì)堵塞敏感，污染和濃差極化對(duì)膜的分離性能有很大影響。

（5）螺旋卷式

螺旋卷式簡(jiǎn)稱卷式，主要部件為多孔支撐材料，兩側(cè)是膜，三邊密封，開(kāi)放邊與一根多孔的中心產(chǎn)品水收集管密封連接，在膜袋外部的原水側(cè)墊一層網(wǎng)眼型間隔材料，把膜袋－隔網(wǎng)依次迭合，繞中心集水管緊密地卷起來(lái)，形成一個(gè)膜卷，裝進(jìn)圓柱形壓力容器內(nèi)，就制成了一個(gè)螺旋卷式膜組件。

優(yōu)點(diǎn)：膜的裝填密度高；膜支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；濃差極化小；容易調(diào)整膜面流態(tài)。

缺點(diǎn)：中心管處易泄漏；膜與支撐材料的粘結(jié)處膜易破裂而泄漏；膜的安裝和更換困難。

MBR膜組件設(shè)計(jì)的一般要求：

①對(duì)膜提供足夠的機(jī)械支撐，流道通暢，沒(méi)有流動(dòng)死角和靜水區(qū)；

②能耗較低，盡量減少濃差極化，提高分離效率，減輕膜污染；

③盡可能高的裝填密度，安裝，清洗、更換方便；

④具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性。

膜組件的選用要綜合考慮其成本，裝填密度、應(yīng)用場(chǎng)合、系統(tǒng)流程、膜污染及清洗、使用壽命等。

五、應(yīng)用領(lǐng)域

進(jìn)入90年代中后期，膜--生物反應(yīng)器在國(guó)外已進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。加拿大Zenon 公司首先推出了超濾管式膜--生物反應(yīng)器，并將其應(yīng)用于城市污水處理。為了節(jié)約能耗，該公司又開(kāi)發(fā)了浸入式中空纖維膜組件，其開(kāi)發(fā)出的膜--生物反應(yīng)器已應(yīng)用于、德國(guó)、法國(guó)和埃及等十多個(gè)地方，規(guī)模從380m3 /d至7600m3/d。日本三菱人造絲公司也是世界上浸入式中空纖維膜的***提供商，其在MBR的應(yīng)用方面也積累了多年的經(jīng)驗(yàn)，在日本以及其他***建有多項(xiàng)實(shí)際MBR工程。日本Kubota公司是另一個(gè)在膜--生物反應(yīng)器實(shí)際應(yīng)用中具有競(jìng)爭(zhēng)力的公司，它所生產(chǎn)的板式膜具有流通量大、耐污染和工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)一些研究者及企業(yè)也在MBR實(shí)用化方面進(jìn)行著嘗試。

現(xiàn)在，膜--生物反應(yīng)器已應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

1、城市污水處理及建筑中水回用

1967年首先采用MBR工藝的廢水處理廠由的Dorr-Oliver公司建成，這個(gè)處理廠處理14m3/d廢水。 1977年，一套污水回用系統(tǒng)在日本的一幢高層建筑中得到實(shí)際應(yīng)用。1980年，日本建成了兩座處理能力分別為 10m3/d 和50m3/d的MBR處理廠。90年代中期，日本就有39座這樣的廠在運(yùn)行，處理能力可達(dá)500m3 /d，并且有100 多處的高樓采用MBR將污水處理后回用于中水道。1997年，英國(guó)Wessex公司在英國(guó)Porlock建立了當(dāng)時(shí)世界***MBR系統(tǒng)，日處理量達(dá)2000m3，1999年又在Dorset的Swanage建成了13000m3/d的MBR工廠。

1998年5月，清華大學(xué)進(jìn)行的一體式膜--生物反應(yīng)器中試系統(tǒng)通過(guò)了***鑒定。2000年初，清華大學(xué)在北京市海淀鄉(xiāng)醫(yī)院建起了一套實(shí)用的MBR系統(tǒng)，用以處理醫(yī)院廢水，該工程于2000年6月建成并投入使用，目前運(yùn)轉(zhuǎn)正常。2000 年 9 月，天津大學(xué)楊造燕教授及其領(lǐng)導(dǎo)的科研小組在天津新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)普辰大廈建成了一個(gè)MBR示范工程，該系統(tǒng)日處理污水25t，處理后的污水全部用于衛(wèi)生間的沖洗及綠地澆灑，占地面積為10平方米，處理每噸污水的能耗為0.7kW·h。

2、工業(yè)廢水處理

90年代以來(lái)，MBR的處理對(duì)象不斷拓寬，除中水回用、糞便污水處理以外，MBR在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用也得到了廣泛關(guān)注，如處理食品工業(yè)廢水、水產(chǎn)加工廢水、養(yǎng)殖廢水、化妝品生產(chǎn)廢水、染料廢水、石油化工廢水，均獲得了良好的處理效果。90年代初，在Ohio建造了一套用于處理某汽車制造廠的工業(yè)廢水的MBR系統(tǒng)，處理規(guī)模為151m3/d，該系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷達(dá)6.3kgCOD/m3·d ，COD去除率為94%，絕大部分的油與油脂被降解。在荷蘭，一座脂肪提取加工廠采用傳統(tǒng)的氧化溝污水處理技術(shù)處理其生產(chǎn)廢水，由于生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，結(jié)果導(dǎo)致污泥膨脹，污泥難以分離，采用Zenon的膜組件代替沉淀池，運(yùn)行效果良好。

3、微污染飲用水凈化

隨著氮肥與殺蟲(chóng)劑在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用，飲用水也不同程度受到污染。LyonnaisedesEaux公司在90年代中期開(kāi)發(fā)出同時(shí)具有生物脫氮、吸附殺蟲(chóng)劑、去除濁度功能的MBR工藝，1995 年該公司在法國(guó)的Douchy建成了日產(chǎn)飲用水400m3的工廠。出水中氮濃度低于0.1mgNO2/L，殺蟲(chóng)劑濃度低于0.02μg/L 。

4、糞便污水處理

糞便污水中有機(jī)物含量很高，傳統(tǒng)的反硝化處理方法要求有很高污泥濃度，固液分離不穩(wěn)定，影響了三級(jí)處理效果。MBR的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題，并且使糞便污水不經(jīng)稀釋而直接處理成為可能。

日本已開(kāi)發(fā)出被稱之為NS系統(tǒng)的屎尿處理技術(shù)，核心部分是平板膜裝置與好氧高濃度活性污泥生物反應(yīng)器組合的系統(tǒng)。NS系統(tǒng)于1985年在日本琦玉縣建成，生產(chǎn)規(guī)模為10kL/d，1989年又先后在長(zhǎng)崎縣、熊本縣建成新的屎尿處理設(shè)施。NS系統(tǒng)中的平板膜每組約0.4m2共幾十組并列安裝，做成能自動(dòng)打開(kāi)的框架裝置，并能自動(dòng)沖洗。膜材料為截流分子量20000的聚砜超濾膜。反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度保持在15000~18000mg/L范圍內(nèi)。到1994 年，日本已有1200多套MBR系統(tǒng)用于處理4000多萬(wàn)人的糞便污水。

5、土地填埋場(chǎng)/肥滲濾液處理

土地填埋場(chǎng)/堆肥滲濾液含有高濃度的污染物，其水質(zhì)和水量隨氣候條件與操作運(yùn)行條件的變化而變化。MBR技術(shù)在1994年前就被多家污水處理廠用于該種污水的處理。通過(guò)MBR與RO技術(shù)的結(jié)合，不僅能去除SS、有機(jī)物和氮，而且能有效去除鹽類與重金屬。Envirogen公司開(kāi)發(fā)出一種MBR用于土地填埋場(chǎng)滲濾液的處理，并在新澤西建成一個(gè)日處理能力為40萬(wàn)加侖（約1500m3/d）的裝置，在2000年底投入運(yùn)行。該種MBR使用一種自然存在的混合菌來(lái)分解滲濾液中的烴和氯代化合物，其處理污染物的濃度為常規(guī)廢水處理裝置的50 ～ 100倍。能達(dá)到這一處理效果的原因是，MBR能夠保留***細(xì)菌并使細(xì)菌濃度達(dá)到50000g/。在現(xiàn)場(chǎng)中試中，進(jìn)液COD為幾百至40000mg/L，污染物的去除率達(dá)90%以上。　　

六、發(fā)展前景和方向

1、現(xiàn)有城市污水處理廠的更新升級(jí)，特別是出水水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)或處理流量劇增而占地面積無(wú)法擴(kuò)大的水廠。

2、無(wú)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的小區(qū)，如居民點(diǎn)、旅游度假區(qū)、風(fēng)景區(qū)等。

3、有污水回用需求的地區(qū)或場(chǎng)所，如賓館、洗車業(yè)、客機(jī)、流動(dòng)廁所等充分發(fā)揮MBR占地面積小、設(shè)備緊湊、自動(dòng)控制、靈活方便的特點(diǎn)。

4、高濃度、有毒、難降解工業(yè)廢水處理。如造紙、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業(yè)，是一種普遍的點(diǎn)源污染。 MBR 可以對(duì)這些常規(guī)處理工藝無(wú)法達(dá)標(biāo)的廢水進(jìn)行有效的處理，并實(shí)現(xiàn)回用。

5、垃圾填埋廠滲濾液的處理及回用。

6、小規(guī)模污水廠（站）的應(yīng)用。膜技術(shù)的特點(diǎn)十分適合處理小規(guī)模污水。

七、未來(lái)的研究要點(diǎn)

1、膜污染的機(jī)理及防治。

2、工藝流程形式及運(yùn)行條件的優(yōu)化。

3、污泥產(chǎn)率與運(yùn)行條件的關(guān)系，以合理減少污泥產(chǎn)量，降低污泥處理費(fèi)用。

4、反應(yīng)器內(nèi)微生物的代謝特性及其對(duì)出水水質(zhì)、污泥活性等的影響，從而確定適宜的微生物生長(zhǎng)及代謝條件。

5、工藝經(jīng)濟(jì)性研究。在目前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、膜產(chǎn)品供應(yīng)狀況和規(guī)范設(shè)計(jì)要求的條件下，MBR 用于污水處理經(jīng)濟(jì)流量的上限確定。

6、以節(jié)能、處理特殊水質(zhì)對(duì)象、兼具脫氮除磷、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行等為目標(biāo)，開(kāi)發(fā)新型的膜生物反應(yīng)器。

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