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技�(shù)中心

水處理技�(shù)——膜生物反應(yīng)器技�(shù)

2021�09�27� 14:31:46人氣�158來源�山東沃源�(huán)保設(shè)備有限公�

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【資料簡介�

膜分離技�(shù)分類

膜分離是指以具有選擇透過功能的薄膜為分離介質(zhì),通過在膜兩側(cè)施加一種或多種推動力,使原料中的某些組分選擇性地�(yōu)先透過膜,從而達到混合物分離和產(chǎn)物提取、純化、濃縮等的目的。原料中的溶�(zhì)透過膜的�(xiàn)象一般叫做滲析;溶劑透過膜的�(xiàn)象叫做滲透�

膜分離過程有多種,不同的分離過程所采用的膜及施加的推動力也不同。根�(jù)推動力的不同,膜分離過程主要有下列幾種:

1)基于壓力差:如微濾(microfiltration,MF)、超濾(ultrafiltration,UF)、納濾(nanofiltration,NF)與反滲透(reverseosmosis,RO)。當(dāng)在膜兩側(cè)施加一定的壓力差時,混合液中的一部分溶劑及小于膜孔徑的組分透過膜,而微粒、大分子、鹽等被截留下來,從而達到分離的目的。這四種膜分離過程的主要區(qū)別在于被分離物質(zhì)的大小和所采用膜的�(jié)�(gòu)和性能不同。微濾的分離范圍�0.05�10mm,壓力差�0.015�0.1MPa;超濾的分離范圍�0.001�0.05mm,壓力差�0.1�1MPa;反滲透常用于截留溶液中的鹽或其它小分子物�(zhì),壓力差與溶液中的溶�(zhì)濃度有關(guān),一般在2�10MPa;納濾介于反滲透和超濾之間,脫鹽率及操作壓力通常比反滲透低,一般用于分離溶液中相對分子�(zhì)量為幾百至幾千的物質(zhì)�

2)基于濃度差:如擴散滲析(dialysis),是指利用離子交換膜將濃度不同的進料液和接受液隔開,在濃度差的推動力作用下,溶質(zhì)從濃度高的一�(cè)透過膜向濃度低的一�(cè)擴散,當(dāng)膜兩�(cè)的濃度達到平衡時,滲析過程停止進行。擴散滲析主要于工業(yè)廢水酸、堿回收,回收率可達70-90%,但不能將它們濃縮�

3)基于電位差:如電滲析(electrodialysis,ED),是指在直流電場的作用下,利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性(即陽膜只允許陽離子通過,陰膜只允許陰離子通過),使溶液中的溶�(zhì)與水分離的一種膜分離過程。電滲析主要用于脫鹽,如苦咸水淡化、純凈水制備等,還可以利用電極反�(yīng),用于工�(yè)廢水酸堿和金屬的回收�

4)基于滲透壓:如正滲透(forwardosmosis,F(xiàn)O),利用比鹽水滲透壓更高的溶液作為驅(qū)動液,使水自�(fā)地從鹽水�(cè)透過半滲透膜達到�(qū)動液�(cè),結(jié)合易于循�(huán)使用的驅(qū)動液,可用于海水脫鹽。由于FO膜對水中的無機、有機物�(zhì)均有良好的截留效果,正滲透還可用于污/廢水凈化。此外,由于在正滲透過程中不使用外加壓力,因此可有效降低膜污染�

膜分離技�(shù)特點

與傳�(tǒng)分離技�(shù)相比,膜分離技�(shù)具有以下特點�

1)在膜分離過程中不發(fā)生相變,與其它方法相比,能耗較低;

2)一般在常溫下進行,特別適于對熱敏感物�(zhì)的處理,并且不消耗熱能;

3)一般不需要投加其它物�(zhì),不帶入二次污染物質(zhì),不改變分離物質(zhì)的性質(zhì),并節(jié)省原材料和化�(xué)藥品�

4)在膜分離過程中,分離和濃縮同時進行,可回收有價值的物質(zhì)�

5)分離裝置簡單,操作容易,運行穩(wěn)定,易于實現(xiàn)自動化控制�

因此,膜分離技�(shù)除廣泛用于海水和苦咸水淡化、純水生�(chǎn)外,在飲用水凈化、城市污水處理與利用以及各種工業(yè)廢水處理與回收利用等�(lǐng)域的�(yīng)用也得到廣泛�(guān)注�

膜技�(shù)在水處理�(lǐng)域中的應(yīng)�

膜技�(shù)在給水領(lǐng)域中的應(yīng)�

膜分離技�(shù)�(yīng)用于給水�(lǐng)域具有以下優(yōu)點:

1)出水水�(zhì)�(wěn)定,受進水水質(zhì)波動的影響小�

2)出水生物穩(wěn)定性好。由于膜可以*截留微生物,保證了出水的�(wèi)生安全性,起到了消毒作用,與傳�(tǒng)滅活病源菌的消毒方法(如氯消毒等)相比,提高了出水的生物�(wěn)定性;

3)能夠減少混凝劑和消毒劑投加量,減少消毒副產(chǎn)物的�(chǎn)生。目前消毒工藝仍以氯消毒為主,進入水體中的氯可能會與水中的一些有機物反應(yīng),生成三鹵甲烷等消毒副產(chǎn)物,對人體健康造成不良影響。由于膜過濾能夠截留水中的微生物,從而降低消毒加氯量;同時膜過濾可去除部分或全部有機物,這兩方面的作用能夠減少消毒副�(chǎn)物的�(chǎn)生�

膜技�(shù)�(yīng)用于給水處理�(lǐng)域,分膜直接過濾和膜組合工藝兩種形式�

膜直接過濾工�

在膜直接過濾工藝中,RO廣泛用于海水及苦鹽水的淡化、純水和超純水的制備。NF常用于軟化和去除有機物。一般來說,NF對有機物的去除率很高:對BOD和COD的去除率可達80%以上,截留分子量�300-400/500的NF膜對三鹵甲烷生成潛力(trihalomethanesformationpotential,THMFP)的去除率可�90%。NF對鹽度的去除率為50-70%,對二價離子和硬度的去除率達90%,因此適合處理低濁度、高硬度的原水�

UF膜主要用于去除細(xì)菌、病毒、膠體和大分子有機物,能夠截留水中的天然有機物(naturalorganicmatter,NOM)。截留分子量<1000的UF可用來去除色度,其對色度的去除率高達95%,對THMFP的去除率可達80%。MF膜主要用于高濁度、低色度水的凈化,可以去除懸浮物�(zhì)、膠體和�(xì)菌等�

綜上所述,高壓RO和NF膜對污染物質(zhì)的去除比�*,可有效地去除水中的�(xì)菌、病毒和有機污染物,但RO和NF膜成本較高,操作壓力高,�(yù)處理要求也較高,膜易污染。低壓MF和UF膜通量大,操作壓力低,�(yù)處理要求低,成本低,但對小分子有機污染物的去除不夠理想。可以將MF或UF膜與其它物理、化�(xué)、生物水處理技�(shù)相結(jié)合,形成膜組合工藝,來提高水中特定污染物�(zhì)的去除效果�

膜組合工�

MF或UF膜與其它工藝組合,可以形成膜組合工藝。用于飲用水凈化的膜組合工藝主要有以下幾種類型:

1)混�®(沉淀�®膜分�®凈化�

2)活性炭吸附®膜分�®凈化�

3)曝氣生物濾�®膜分�®凈化�

4)臭�®曝氣生物濾池®膜分�®凈化�

5)膜生物反應(yīng)器(投加粉末活性炭�®凈化�

這些膜組合工藝可以強化對水中溶解性有機物、嗅味物�(zhì)等的去除。比如采用在線混�-超濾組合工藝處理微污染地表水,CODMn的平均去除率達到33%,水�(zhì)�(yōu)于直接超濾工藝(崔俊華等�2011);采用曝氣生物濾池-超濾組合工藝處理含嗅味物�(zhì)的原水,可以使水中的致嗅物質(zhì)2-Methylisoborneol和Geosmin降低到我國《生活飲用水�(wèi)生標(biāo)�(zhǔn)》(GB5749-2006)規(guī)定的濃度限值以下(楊寧寧,2011)�

膜技�(shù)在廢水領(lǐng)域中的應(yīng)�

�(yīng)用于廢水�(lǐng)域的膜工藝主要包括:膜與生物處理組合工藝—膜生物反應(yīng)器(membranebioreactor,MBR)、二級處理出水膜過濾工藝、膜與物化方法組會工藝等�

膜生物反�(yīng)器工�

膜生物反�(yīng)器工藝是膜分離與生物處理的組合工藝,是用膜組件代�?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥法中的二沉池,起到分離活性污泥混合液中的固體微生物和大分子溶解性物�(zhì)的作用,通過膜的分離過濾,得到系�(tǒng)處理出水(黃霞和文湘華,2012)�

與其它污水處理工藝相比,MBR具有以下�(yōu)點:

1)出水水�(zhì)好且�(wěn)定,可以直接回用�

2)生物反�(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量,使處理裝置容積負(fù)荷提高,占地面積大幅度減小;

3)膜的截留可以延長增殖速度緩慢的微生物如硝化細(xì)菌在反應(yīng)器中的停留時間,有利于提高系�(tǒng)硝化效率。同時,還可以延長一些降解難降解有機物的微生物在系統(tǒng)中的停留時間,有利于提高難降解有機物的降解效率;

4)剩余污泥產(chǎn)量低,污泥處理費用少�

5)易于實�(xiàn)自動控制,操作管理方便�

但是�MBR也存在一些不足。主要表�(xiàn)在以下幾個方面:

1)膜造價較高,使得MBR的基建投資較高;

2)容易出�(xiàn)膜污染,給操作管理帶來不便,使運行費用提高�

二級出水膜過濾工�

污水�(jīng)二級生物處理后出水中仍然殘留一定濃度的顆粒性物�(zhì)和溶解性物�(zhì)(朱洪濤�2009)。一般以0.45μm作為溶解性物�(zhì)和顆粒性物�(zhì)的界限。顆粒性物�(zhì)包括�(xì)菌、各類無機性顆粒物�(zhì)等;溶解性物�(zhì)包括微生物代謝產(chǎn)物等有機物、病毒和無機離子等。二級出水的水質(zhì)一般不能滿足再生水水質(zhì)�(biāo)�(zhǔn)的要求。當(dāng)污水需要再生回用時,微濾或超濾膜可用于二級出水的深度處理,可有效去除顆粒性物�(zhì)和部分大分子的溶解性有機物�

膜與物化方法組合工藝

膜與物化方法組合廢水處理工藝主要有以下幾種類型:

1)混�®膜分�®處理�

2)吸�®膜分�®處理�

3)臭氧催化氧�®膜分�®處理�

4)光催化氧化®膜分�®處理�

在這些組合工藝中,由于膜對�(xì)小的顆粒物有良好的分離效果,吸附劑和催化劑可以采用粉末狀的,這樣可以促進反�(yīng)器中的傳�(zhì),提高處理效果。同時,膜分離可以有效截留粉末吸附劑和催化劑,防止流失。例如,孟耀斌(2001)提出了一種懸浮床光催化氧�-膜分離反�(yīng)器,有效解決了粉末半�(dǎo)體光催化劑的流失問題,與固定化光催化反應(yīng)器相比,污染物去除負(fù)荷高�6倍以上�

本文由安靜摘編自黃霞、文湘華著《膜法水處理工藝膜污染機理與控制技�(shù)》第一章,�(nèi)容有刪減�

山東沃源�(huán)保設(shè)備有限公�作�

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