超声波振动膜生物反应器

超声波振动膜生物反应器说明

水污染与水资源短缺是21世纪面临的重大国际环境问题。污水再生回用是保护环境和解决水资源短缺的重要途径之一。广州宇明环保科技有限公司以生物技术和振动膜技术结合开发的超声波振动膜生物反应器是实现污水资源化的一项最新技术成果，并已经在生活污水处理、中水回用和高浓度有机废水处理与回用等方面得以成功应用。尤其是一体式超声波振动膜生物反应器（以下简称反应器，英文缩写为CMBR、GMBR或ZCMR）具有占地面积小、处理效率高、出水水质好、运行稳定等优点，应用较广，技术较为成熟。因国内还没有标准,为了规范一体式膜生物反应器污水处理装置的设计、安装及运行管理，推动这一技术的健康发展，提高污水处理的效率，加强污水资源化利用，特制定本规程和产品标准。

本规程适用于采用一体式超声波振动膜生物反应器处理污水和污水资源化利用方面的设备设计、安装、应用及运行管理。超声波振动膜生物反应器所采用的膜形式不同，生物反应器的组装结构各异，按膜材料形式可分为板式、管式和中空纤维式；按结构可分为分体式（外置式）和一体式（内置式）。本规程适用于由中空纤维膜组件构成的内置式超声波振动膜生物反应器。对由平板式膜组件和管式膜组件构成的内置式反应器也可参照执行。

一体式超声波振动膜生物反应器的突出优点之一是：通过振动膜分离过程实现固液分离，提高生物反应器中活性污泥浓度和处理效率，改善了出水水质,解决了浓差积化和避免滤饼层污染难题,延长了膜2-4倍使用寿命。在污水处理工艺中可以代替常规的二级生物处理或深度处理系统的二次沉淀池、振动过滤等过程。

一体式超声波振动膜生物反应器另一特点是：处理工艺简单，用地省、运行稳定等，可用于各种高浓度有机工业废水的处理回用、生活污水处理资源化工程和中水回用工程。可达到较佳的治污节水、降低能耗的经济效益和环境效益。

高频超声波技术及其在工业废水处理中的应用说明

由于生物处理对有些物质不能适用，这一传统的处理方法已经难以满足人们对于环境质量的严格要求。于是一些新的水处理方法渐兴起，这些方法有些是彻底地处理废水，有些是降低废水的毒性以便进一步地生物处理。气穴技术就是其中之一，它能够用来有效地破坏或者改变复杂化合物及难以生物降解材料的结构。

高频超声波由于能产生气穴，从而能氧化分解传统方法所不能处理的废水。这一特性使其在废水处理领域有着广泛的应用前景。一般来说，产生气穴的方式有四种：超声波、水力、粒子及光子。其中，利用超声波产生气穴和基于这一原理的声化学反应器引起了人们的广泛兴趣。自上个世纪60年代声化学发展以来，用超声波能量处理工业和生活污水得到了大量地应用。而事实上，由于人们对降低有毒污染物的需求越来越高，超声波在水处理领域得到了不断地发展。广州宇明环保科技有限公司的研究人员在实验室利用高频超声波反应器完成了对用传统的方法难以处理的物质。

2、超声波反应机理及影响因素

2.1超声波反应机理

超声波是指频率在15KHZ—300MHZ的声波范围内，它具有声波的普遍特性。但是由于其频率高于一般声波，因而就有一些特殊的性能。虽然超声波化学转化有关机理，研究人员提出了以下几种反应机理：热分解、羟基自由基氧化、等离子化学和超临界氧化。热分解发生在气穴内部，主要表现在当溶剂或待分解物渗透进入气泡后被分解。事实上，往往在气泡里的能量不足以打断化学键，而在水溶液中，主要的热气解反应是对水的分解。这一热解反应导致了在气泡中产生了活性相对较高的自由基，这些自由基会在气泡里或者气泡周围重新结合。否则，在这些自由基进入溶液以后可能与一些大分子接触从而氧化它们。羟基自由基氧化与热解之间的比率取决于溶质的位置，要看是在气泡里或者是界面层，还是在溶液里。

但是，归根到底取决物物质的物理化学性质。

2008年广州宇明环保科技有限公司研究人员提出决定化合物进入气泡的性质不是其蒸汽压而是其疏水性。因此，亲水的化合物如苯酚和氯酚会在溶解中或者界面处受到羟基的攻击。其它的一些疏水性化合物如四氯化碳、苯和氯苯主要是在气泡中热解。但是，其它的情况也有影响降解的位置，也有些情况是一些机理的互相竞争。总之，疏水性化合物和挥发性化合物易于被超声波降解，而不挥发和亲水性化合物需加催化剂Tio2、硅藻土或沸石，可在气泡中热解。

另一种反应的机理是等离子化学。这与超声波发光与光致发光之间的关系和光化学与声化学之间的关系相似。这种等离子的效应是由于对超声波能量的吸收，从而在气泡中形成为等离子体。

以上提到的可以为超临界水的声化学反应。事实上广州宇明环保科技有限公司研究人员发现，在气泡和溶液的界面层存在着超过临界条件的高温高压（647K、22.1MPa）。这使得媒介有流体的物理性质。这些条件可通过改变溶质的溶解度和分散度来改善反应。但是，超临界水的界面自由基只有几毫秒的寿命和几毫米的范围。如加氮气或CO2气，增多空化气泡，产生水离解为AOP等离子体和自由基反应，超声波才能迅速降解高难度COD CR;

一体式超声波振动膜生物反应器在污水处理工艺中是一个独立的处理单元和主体设备（或构筑物），其设计或选型必须根据原水水质、水量和处理要求确定。污水在进入反应器前应进行必要的预处理，以符合反应器进水水质要求，如隔栅、网筛、气浮除油、离心分离、沉砂、物化等予处理。反应器的出水水质必须达到相应的污水排放标准和回用水水质标准的要求，如国家和地方的水污染物排放标准、回用水水质标准、工业用水水质标准等。

相关的参考标准广州宇明环保科技有限公司有：《建筑给水排水设计规范》GB 50015、《建筑中水设计规范》GB 50336、《医院污水处理设计规程》CECS 07、《污水综合

排放标准》（GB8978-1996）、《建设项目环境保护管理条例》（国务院令第253号，1998.11.29）、《2008制药工业水污染物排放标准》（新版排放标准）国家环保总局办公厅函环办函（2007）770号；国家中水回用标准（GB/T18920-2002）、《广东省污染物排放标准》（DB44/26-2001）、《建筑给水排水设计规范》等。

广州宇明环保科技有限公司的一体式超声波振动膜生物反应器企业产品标准参考了下列标准: 《日本久保田MBR产品标准》、《日本Mitsubishi Rayon- Chemicals三菱MBR 产品标准》、《日本TORAY东丽MBR产品标准》、《日本Kubota-MBR产品标准》、《美国陶氏MBR产品标准》、《美国杜邦MBR产品标准》、《美国日东MBR产品标准》、《美国Zenon-MBR产品标准》、《丹麦Bioscan A/S-MBR产品标准》、《韩国世韩MBR产品标准》、《澳大利亚US Filter-MBR产品标准》、《法国Suez-LDE/IDI公司MBR产品标准》。

广州宇明环保科技有限公司采用了日本Kubota、日本三菱MBR、日本东丽MBR、美国日东MBR、美国Zenon-MBR、丹麦Bioscan A/S-MBR、美国陶氏MBR、韩国世韩MBR、澳大利亚US Filter-MBR、日本旭化成化学公司进口膜组件和天津膜天膜技术工程有限公司、杭州的浙大凯华膜有限公司、杭州凯洁膜有限公司；深圳立升净水有限公司、杭州恒滤膜技术工程有限公司、上海斯纳普膜分离科技有限公司、江苏蓝天沛尔膜业有限公司、广州美能膜材料技术有限公司国产膜组件进行了低频超声波和高频超声波匹配试验，选用时需查膜性能-超声波试验工作曲线。

3 处理系统设计

3.1.1 反应器单体设备主要由生物反应池和置于池内的膜组件构成。其辅助设施有：供气系统、控制系统、进出水管路、在线清洗系统等。根据所采用的膜组件形式及设备要求，反应器单体设备可设计成不同的形式，如圆形、方形或长方形。

3.2.1 本条规定了反应池容积设计。生物反应池的容积设计可参照活性污泥法，结合反应器