膜技术在污水处理中的应用

多还只是个别工厂、大楼、小区内实施的中水回用及少量市政杂用水的回用。
三、膜技术污水处理特点 膜技术在污水治理及回用中作为一项实用技术， 其优点是几乎可完全脱除悬 浮物 （SS） 、 一般的细菌、 病毒、 大肠杆菌等， 且可脱色， 减少生成三氯甲烷 （THM） 的前驱物，出水水质优良，由于膜装置占用的空间小，特别适合于老厂改造升级 或建厂空间受限制的条件下采用。 在城市污水的处理、回用中，膜技术过程常用于二级处理后的深度处理中， 多以微滤（MF） 、超滤（UF）替代常规深度处理中的沉淀、过滤、吸附、除菌等 预处理，以纳滤（NF） 、反渗透（RO）进行水的软化和脱盐。在中水回用中，目 前使用最多的是以 MF、UF 与活性污泥组成的膜生物反应器(MBR)。 不管在哪一种废水处理中， 膜技术都必须与其他技术合理配合才能发挥其作 用。因为污水的成分极其复杂，不同的回用目的，要求的水质标准和处理工艺也 各不相同，任何一种单一的水处理技术都难以达到回用水的水质要求。
六、MBR 参数 1.按膜组件和生物反应器的相对位置，MBR 可分为分置式和一体式两种
在分置式ＭＢＲ中生物反应器内的混合液由泵增压后进入膜组件。 透过侧通 常为常压。滤液在压力差作用下透过膜。为了控制浓差极化和膜污染，料液需以 错流高速流经膜面，能耗较高。 在一体式ＭＢＲ中，膜组件直接浸在曝气反应池中，通过透过侧的抽吸形成 膜两侧的压力差，为减少膜孔堵塞，常采用间歇抽吸法。 2.MBR 中的名词介绍 在介绍 MBR 的运行参数前，先对这些参数和一些名词的意义做简单说明。 ①硝化和反硝化。采用活性污泥法脱除污水中的氮，经历硝化和反硝化两个
的污泥不能维持较高浓度， 一般在 1.5~3.5g/L 左右， 从而限制了生化反应速率。 水力停留时间（ HRT ）与污泥龄（ SRT）相互依赖，提高容积负荷与降低污泥 负荷往往形成矛盾。系统在运行过程中还产生了大量的剩余污泥，其处置费用占 污水处理厂运行费用的 25% ～40% 。传统活性污泥处理系统还容易出现污泥膨 胀现象，出水中含有悬浮固体，出水水质恶化。针对上述问题， MBR 将分离工 程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，大大提高了固液分离效 率， 并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌 (特别是优势菌群 ) 的出现，提高了生化反应速率。同时，通过降低 F/M 比减少剩余污泥产生量（甚 至为零），从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。
膜技术在 膜技术在污水处理中的应用 污水处理中的应用
一、膜技术的概念 膜技术的概念 膜是具有选择性分离功能的材料。 利用膜的选择性分离实现料液的不同组分 的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于膜可以在分子 范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。 膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量） ，可将膜分为 微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同可分为无机膜和有机膜， 无机膜主要还只有微滤级别的膜， 主要是陶瓷膜和金属膜。 按膜的结构型式分类, 有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。有机膜是由高分子材料做成的，如醋 酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
Q——进水流量，m3/d ；
S——进水中基质浓度，kg/m3； V——反应器体积，m ； X——微生物的浓度，kg/m 。 所以 F:M 的单位为 1/d 。F:M 受污泥龄控制，是活性污泥过程设计和控制 中重要的经验设计参数。
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3.MBR 运行参数的大致范围 ①负荷率和停留时间。好氧 MBR 用于城市污水的处理时，体积负荷率一般为 1.2～3.2ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ）和 0.05～0.66ｋｇＢＯＤ／（ｍ３·ｄ） ， 相应脱除率为大于９０％和大于９７％，当进料ＣＯＤ变化很大，如从１００ｍ ｇ／Ｌ变到２５０ｍｇ／Ｌ，稳态时，排放液浓度通常小于１０ｍｇ／Ｌ，即进 水ＣＯＤ含量变化对出水ＣＯＤ影响不大。 好氧ＭＢＲ处理工业废水时，其负荷率比城市废水高得多。已报道的负荷范 围为 0.25～16ｋｇＣＯＤ／（ｍ３·ｄ） ，相应脱除率达到 90％～99.8％，因为 工业废水本身负荷强度高，如酿 造废水ＣＯＤ浓度可达到 68000ｍｇ／Ｌ，含油废水ＣＯＤ也高达 30000ｍ ｇ／Ｌ左右。 不同工厂的负荷率大致相近， 如对食品加工废水， 果汁厂、 制革厂、 棉花厂报道的负荷率分别为 8.3ｋｇＣＯＤ／（ｍ３ ·ｄ） 、5.9ｋｇＣＯＤ／ （ｍ３ · ｄ） 、 3.5ｋｇＣＯＤ／ （ｍ３ · ｄ） 和 0.25ｋｇＣＯＤ／ （ｍ３· ｄ） 。 在城市污水处理中，ＨＲＴ在２～２４ｈ之间都可以得到高脱除率，ＨＲＴ 对脱除率影响不大。污泥龄在５～３５００ｄ范围内，污泥龄对排水水质的影响 也不大，比较所报道的研究体系，当污泥龄增加到３０ｄ时脱除率稍有增加，再 提高污泥龄，没有发现进一步的改进。 工业废水处理中的ＨＲＴ通常要比城市废水高得多， 常需几天， 而非几小时。 而ＳＲＴ 则与城市废水处理相近，为６～３００ｄ，例如含油废水的处理，ＨＲＴ通 常在１８７～３７４ｄ，污泥龄在５０～１００ｄ。在大多数情况下ＣＯＤ 脱除率大于９０％。 对强度很高的废水，应降低其初始负荷，以避免硝化物的抑制作用。在工业
过程。硝化过程是在好氧（曝气）的情况下，经自养型的亚硝化菌将氨氮氧化为 亚硝酸盐，继而在硝化杆菌作用下氧化为硝酸盐。理论上硝化过程中将 1ｇ氨氮 转化为硝酸盐氮需要 4.597ｇ氧。反硝化过程则是由异养型微生物在无分子态氧 的条件（厌氧）下把硝酸盐作为氧化剂，将硝酸盐还原为氮气 ②混合液悬浮固体（MLSS）及挥发性悬浮固体（MLVSS） 。混合液悬浮固体, 是指曝气池中污水和活性污泥混合后的混合液中悬浮固体的数量，单位为 mg/l， 也有称为混合液污泥浓度，是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。挥发性悬 浮固体,是指混合液悬浮固体中有机物的量，由于它不包括污泥中无机物部分， 能够较准确地代表活性污泥中微生物的数量。 ③污泥龄(SRT)。曝气池中工作着的污泥总量与每日排出的剩余污泥量之比 值。单位是日(d)，运行稳定时，剩余污泥量即新增量，因此 SRT 即新增长的污 泥在曝气池中的平均停留时间。 ④水力停留时间(HRT)。曝气池中液体总体积与每小时排出液体体积之比， 单位为小时(h)， 运行稳定时， 排出液体体积即加入曝气池的液体体积， 因此 HRT 即进入的液体在曝气池的平均停留时间。 ⑤生化需氧量(BOD)和化学需氧量(COD)。BOD 当有溶氧存在时，废水中有机 物在 20℃、5 日内进行生物分解，形成稳定产物所需氧量，可作为衡量水中所含 有机污染物量的指标。COD 废水中被氧化物质在一定条件下被化学氧化剂氧化所 需氧量，也是衡量水中有机污染物的指标。一般为 100℃下，所需高锰酸钾中的 氧量。 ⑥TOC 废水中有机碳量。也是表征废水中有机污染物多少的指标。 ⑦ ORP 氧化还原电位。表示液体氧化能力或还原能力的强弱，在生物细胞 中，好氧性电位高，厌氧性电位低。 ⑧污泥负荷 MLSS·d)］ 。 ⑨容积负荷。 每立方米反应池每天所脱 COD(或 BOD)的量 ［kg COD/(m3· ｄ)］ 。 ⑩进料微生物比(F:M)。 F:M＝SQ/VX 式中 每千克污泥每天所脱除的 COD(或 BOD)的量［kg COD/(kg
四、膜污染及其控制 所谓膜污染即被处理料液中的某些组分吸附、 沉积到膜面上， 或进入膜孔中， 甚至将膜孔堵死，使膜的渗透阻力大大增加。这种吸附和沉积是膜与料液中组分 之间，以及吸附在膜面上的组分与料液中其他组分之间相互作用的结果，这种作 用有物理化学作用，也可能有生物作用。作用的程度与组分的浓度、电荷性、溶 液的 pH 值等有关。 浓差极化加剧膜污染，因为它使膜面附近污染物的浓度增加。膜材料的亲、 疏水性及膜的结构对污染作用也有很大影响。 在膜过程中， 污染引起的膜通量下降与浓差极化引起的通量下降是混合在一 起的，很难将其区分，但通常认为，浓差极化产生的膜通量下降作用是可逆的， 即降低操作压力或降低料液浓度，这种作用影响在一定程度上可减小，例如在 UF 过程中常用释放压力的方法，使膜通量得到部分恢复。膜污染产生的通量下 降大多认为是不可逆的，用一般简单的清洗方法也难以使其恢复。 不同组分的污染程度决定于膜材料及应用的条件， 但是在一般的物理化学作 用引起的污染中，进料中的蛋白质和胶体粒子往往是引起污染的关键组分。对蛋 白质的膜分离已做了大量研究工作。许多膜材料都会被蛋白质严重污染，特别是 聚丙烯之类的疏水 MF 膜，可使膜通量下降一个数量级，因为蛋白质在膜上形成 了不可逆吸附，并渗透进入膜结构中。UF 膜因膜孔较小，一些大分子不容易进 入膜孔，有时就不易污染。但不论是 MF 膜还是 UF 膜，膜表面的化学性质，特别 是亲、疏水性和表面电荷，对膜污染程度起着重要作用；疏水性膜更易吸附蛋白 质，导致不可逆污染，与蛋白质带相反电荷的膜，由于静电作用也容易吸附蛋白 质。 好的膜组件应具备以下性能：①单位体积膜组件的膜面积大；②料液侧流体 湍流程度高，以促进传质，控制膜污染；③单位体积产水能耗低；④单位膜面积 费用低；⑤便于清洗，不易堵塞。
二、膜技术在污水治理及回用中的应用概况 膜技术主要用于污水的深度处理和二级处理。在深度处理中用反渗透（RO） 可有效地脱除溶盐及部分有机物，对悬浮物的脱除更彻底。其出水水质可达饮用 水标准，但对这类水由于还缺乏长期系统地对健康影响的考察，以及由于某些心 理和宗教的原因，目前大多不直接作饮用水使用。 一些国家将深度处理水或注入地下蓄水层或注入淡水水库进行自然净化后， 一方面可补充淡水水源，另一方面靠海地区可用于抵御海水入侵。在二级处理中 膜技术［MF（微滤） 、UF（超滤） ］多与活性污泥过程结合，用以代替原工艺中的 二沉池，这就是近年发展极为迅速的膜生物反应器，其出水可用于农业灌溉、绿 化、市政工业用水及生活杂用水。 大规模污水回用的方向和程度受地理、气候和经济发展等因素影响，在农业 生产为主的地区，农业灌溉应是水回用的主要方向，在干旱地区，像以色列、澳 大利亚等地，农业灌溉和地表补充是水回用的主要方向。日本再生水的主要用途 以景观、河道用水等市政杂用为主。我国以农业为主，市区被大面积农田包围的 布局使得农业灌溉用水成为我国近、远期回用水利用的主要方向。回用水用于地 下回注和饮用在国外已有采用，但在我国根据现实经济条件、水资源恢复程度等 因素的综合考虑，只能作为污水回用的远期目标。我国目前的污水回用情况，大
五、膜生物反应器 膜生物反应器分类 膜生物反应器分类 膜- 生物反应器主要由膜分离组件及生物反应器两部分组成。膜生物反应
器分为：膜曝气生物反应器、萃取膜生物反应器、膜分离生物反应器三类。在污 水处理中用的多为与活性污泥过程结合的膜生物反应器（MBR） 。在这里膜组件相 当于传统活性污泥处理中的二沉池，进行固Байду номын сангаас分离。截流的污泥和未降解的大分 子物质将回流（或留）至生物反应器中，透过水离开体系。 1.曝气膜 - 生物反应器 曝气膜——生物反应器（AMBR） ，采用透气性致密膜（如硅橡胶膜）或微孔 膜（如疏水性聚合膜） ，以板式或中空纤维式组件，在保持气体分压低于泡点情 况下，可实现向生物反应器的无泡曝气。该工艺的特点是提高了接触时间和传氧 效率，有利于曝气工艺的控制，不受传统曝气中气泡大小和停留时间的因素的影 响。 2.萃取膜 - 生物反应器 萃取膜——生物反应器（EMBR） ，因为高酸碱度或对生物有毒物质的存在， 某些工业废水不宜采用与微生物直接接触的方法处理； 当废水中含挥发性有毒物 质时，若采用传统的好氧生物处理过程，污染物容易随曝气气流挥发，发生气提 现象，不仅处理效果很不稳定，还会造成大气污染。为了解决这些技术难题，英 国学者 Livingston 研究开发了 EMB 。其工艺流程见图 2。废水与活性污泥被 膜隔开来，废水在膜内流动，而含某种专性细菌的活性污泥在膜外流动，废水与 微生物不直接接触，有机污染物可以选择性透过膜被另一侧的微生物降解。由于 萃取膜两侧的生物反应器单元和废水循环单元是各自独立， 各单元水流相互影响 不大，生物反应器中营养物质和微生物生存条件不受废水水质的影响，使水处理 效果稳定。系统的运行条件如 HRT 和 SRT 可分别控制在最优的范围，维持最大 的污染物降解速率。 3.固液分离型膜 - 生物反应器 固液分离型膜——生物反应器， 是在水处理领域中研究得最为广泛深入的一 类膜 -生物反应器， 是一种用膜分离过程取代传统活性污泥法中二次沉淀池的水 处理技术。在传统的废水生物处理技术中，泥水分离是在二沉池中靠重力作用完 成的， 其分离效率依赖于活性污泥的沉降性能， 沉降性越好， 泥水分离效率越高。 而污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况， 改善污泥沉降性必须严格控制曝气池 的操作条件，这限制了该方法的适用范围。由于二沉池固液分离的要求，曝气池