发布时间 : 星期二 文章膜生物反应器工艺更新完毕开始阅读e33726ec4afe04a1b071de79
膜生物反应器工艺（MBR工艺）是现代膜分离技术与生物技术有机结合的一种新型废水生物处理技术，它利用膜分离装置将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质有效截留，替代二沉池，使生化反应池中的活性污泥浓度（生物量）大大提高；实现水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）的分别控制，将难降解的大分子有机物质截留在反应池中不断反应、降解。膜—生物反应器工艺通过膜分离技术大大提高了生物反应器的处理效率，与传统的生物处理工艺相比，具有生化效率高、抗负荷冲击能力强、出水水质好且稳定、占地面积小、排泥周期长、易实现自动控制等优点，是目前在高浓度有机废水处理、中水回用处理等领域最有前途的废水生物处理技术之一。
膜分离技术在水处理中的应用与发展
发表日期：2006年11月21日 出处：2004中国水处理年会论文集 作者：高从堦（院士）
（国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心，杭州310012）
[摘要] 本文扼要地阐述了各种膜分离技术在水处理中的应用现状和发展趋势，这包括微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗析、电渗析、液膜、膜接触器、膜反应器和光催化等在水脱盐和净化，改革传统工艺清洁生产、浓缩和分离，工业废水处理和循环回用以及污水资源化等方面的应用和进展，表明了膜分离技术在水处理中的重大作用和广阔的发展前景。
[关键词] 水处理，膜分离，膜过程，集成膜过程
膜分离作为一高新技术在近40多年来迅速发展为产业化的高效节能分离过程。40多年来，微滤、电渗析、反渗透、人工肾、超滤、液膜、纳滤、渗透汽化、控制释放、膜接触和膜反应等过程相继发展起来，在能源、电子、石化、医药卫生、重工、轻工、食品、饮料行业和人民日常生活及环保等领域均获得广泛的应用，产生了显著的经济和社会效益。社会的需求使膜技术应允而生，也是社会的需求促使膜技术迅速发展，使膜技术不断创新、进步和完善，成为单元操作或集成过程中的关键。下面对膜技术应用和发展简介如下：
1 水的脱盐（纯化）和净化
水的净化和纯化包括从水中去除悬浮物、细菌、病毒、无机物、农药、有机物和溶解气体等，在这方面，膜技术发挥了其独特的作用。
1.1 海水和苦咸水淡化
上世纪50年代反渗透（RO）的提出就是为了海水淡化，现在反渗透已成为海水淡化制取饮用水最经济的手段，本体吨水耗电在3kwh以下，最大的装置达2.0×105m3/d，自上世纪80年代以来呈迅速增长趋势。同样反渗透也是苦咸水淡化最经济的方法，吨水电耗在0.5～3kwh。最大的反渗透苦咸水装置达1.3×105m3/d，最大的电渗析（ED）苦咸水淡化装置也日产数万吨。目前膜法日产约4.5×106m3海水淡化水和约1.0×107m3苦咸水淡化水,为广大干旱地区提供饮用水和过程用水。这归因于海水反渗透膜性能的大幅度提高、膜组器的改进和配套装置（特别是能量回收装置）的革新。
1.2 超纯水和纯水制备
日产高达数万吨和数千吨的反渗透装置广泛地用于电子、电力、医药、化工、饮料、冶金等领域，自上世纪80年代以来，反渗透成为超纯水和纯水制备的优选方法，除了膜的不断发展和改进外，RO＋RO，RO＋IX和RO＋EDI及UV（185nm）降COD和真空脱气等新工艺的采用，都促进
了RO在这一领域的进步。
1.3 膜软化
膜软化是基于纳滤（NF）膜对二价离子，特别是二价阴离子的高脱除性而开发的新工艺，与传统的石灰软化和离子交换（IX）相比，它有不消耗大量石灰、盐和碱等药剂，无污泥，不要再生，可完全除悬浮物和大部分有机物，操作简便和占地省等优点。膜软化在美国已很普遍，特别是新上的软化厂多用此新工艺。
1.4 饮用水净化和纯化
饮用水的质量直接影响人们的健康。水中的悬浮物、细菌、病毒、重金属、高氟、高盐度、消毒副产物和农药残留物等都构成对健康的威胁。膜技术中微滤（MF）可去除悬浮物和细菌，超滤（UF）可分离大分子和病毒，纳滤可去部分硬度、重金属和农药等有毒化合物，反渗透几乎可除去各种杂质，电渗析可除氟，电化膜过程可对水消毒及可产生酸性水和碱性水，膜接触器（MC）可去除水中挥发性有害物质。所以欧、美、日等国家和地区将膜技术,特别是NF, 作为本世纪饮用水净化的优选技术。
2 改革传统工艺制备新产品
2.1 氯碱制备
全氟磺酸羧酸离子膜电解NaCl水溶液制备NaOH溶液（30～35%）和氯气，该工艺可高电流密度操作，电流效率高，能耗低，转化率高，原料省，纯度高，无污染及投资少，所以逐渐取代传统的汞阴极法和石棉隔膜法。1982年离子膜法的世界碱产量75万吨，而现在年产近2000万吨，吨碱耗电2000～2500kWh左右。
2.2 双极膜水离解过程
双极膜是阴、阳离子交换膜之间夹－水离解催化层而成的夹心膜，在直流电场下，可将水分解为H+和OH－，理论分解电压为0.83V，实际应用在2V左右。可从盐制备相应的酸碱，特别是弱酸、弱碱的制备，另外环保中废酸、废碱和废盐的处理也是其重要应用方面。
2.3 亲合膜，手性膜和分子识别膜
随着医药工业、生物工程和生命科学的迅速发展，对异构体，生物活性大分子等的纯化分离非常急需。亲和膜利用配基与被分离物的亲和作用，在不同条件下进行亲和与分离，广泛用于干扰素，内毒素、酶、蛋白、抗体和抗原等的分离。手性膜依靠膜对异构体之一的特有的作用，达到异构体的拆分。这类膜是高性能的专用膜类，在医药、生化和精细化工方面将有广阔的市场潜力。
2.4 膜法制备O3
O3的制备目前以无声放电法生产为主，要求高电压和干燥的空气或氧气。用膜电解制O3，只要求在阴、阳极室间用－阳离子交换膜隔开，二室充满纯水，加电压4～6V，电流强度达2A/cm2左右。所用的多孔阳极为多孔钛电镀PbO2或SnO2等，多孔阴极为多孔钛电镀铂或镍，可生产高浓度的O3（20%），但目前效率偏低（约20%）有待提高。
3 改革传统工艺实现高效纯化浓缩
3.1 蛋白和酶的纯化浓缩
超滤已成为蛋白和酶等纯化和浓缩的高效过程。超滤浓缩的优点是无相变，一般不需加热，工序简化，适用pH范围宽和防止失活等，很适于热敏性物质的分离浓缩。通常是预处理的粗制品经超滤，使一些低分子物和盐透过膜，使酶和蛋白获得浓缩和精制。选用不同截留分子量的膜，不同的膜材质和工艺可实现不同酶和蛋白的纯化浓缩。
3.2 染料等的纯化浓缩
纳滤已在分子量200～2000物料的纯化和浓缩方面获得广泛应用，如染料、抗生素、多肽和氨基酸等。一般的工艺是先经渗滤恒容除盐，再脱水浓缩，据产品最终要求的纯度和浓度，确定恒容除盐的程度和脱水浓缩的倍数。实践证明以纳滤，可代替沉淀，pH调节和（部分）蒸发等过程，达到产品纯化和浓缩的目的，这也是一新的高效节能过程。
3.3 果汁、茶汁和医药制剂等的澄清和浓缩
果汁浓缩利于运输和存放，低档茶叶加工成速溶茶，既解决了低档茶出路，又提高了效益。在果汁浓缩中，通常先用UF对果汁进行澄清（预处理），之后用反渗透法浓缩，一般可浓缩到20°BX以上。在茶汁浓缩中，经预处理的茶汁，通过反渗透浓缩到含固量15～20%，之后冷冻贮存或喷雾干燥。膜技术在这一领域中的应用正在开拓，特别引人注目的应是医药（中草药）制剂的澄清和浓缩, MF(UF)＋NF(RO)是最常用的工艺。
4 城市污水资源化
城市污水处理达标排放仅仅是最基本的要求。污水是否能再生回用，能再生到什么程度，是否经济可行，这是废水资源化的关键。美国21世纪水厂的示范实践表明常规处理与膜法结合，可给出各种标准供不同用途的再生水，最后反渗透的产水完全符合饮用水标准或进一步加工为纯水。所以，膜技术在补充地下蓄水层，防止海水入侵，提供冲洗、灌溉、消防等用水方面以及在污水深度处理再用等方面是有潜力的。近年来浸没式膜生物反应器在污水处理和资源化方面，也倍受重视，已商品化，很适于中、小型污水处理。
5 工业废水处理和循环回用
工业废水是工业生产过程的废水、污水和废液。面大、量广、危害深。如含油废水、电镀废水、含酚废水、食品加工废水等，若处理回用，既回收了资源，它保护了环境。在这方面膜技术的作用也是非常引人注目的。早在上世纪70年代反渗透法就使电镀废水循环再用，荷电膜超滤使目前汽车等行业广为采用的电泳漆工艺实现了清洁生产，无机膜和渗析结合是钛白废水回收再用的好途径，EDI技术可部分代替离子交换而不要酸碱再生，双极膜技术可使各种废酸、废碱、废盐水重新再用，超滤法使纺织上浆的PVA废液浓缩回用，印染废水的膜法处理使染料和水同时回用，反渗透法成功地将尼龙的单体已内酰胺浓缩回用，超滤可能成为每年数亿吨含油废水回注的关键技术之一，近年来光催化降解工业废水的研究倍受重视，若能利用太阳光实现这一高级氧化过程，配以膜技术，则对环保有非常重要的战略意义。
6 集成膜过程
集成膜过程是将膜分离技术与其他传统工艺优化组合，以充分发挥膜分离技术的优势，使过程最佳化。上述的许多应用都是集成膜过程的例子。如海水淡化中预处理＋RO＋能量回收，RO与低温多效（LT-MED）或多级闪蒸MSF；超纯水制备中的预处理＋RO＋IX(EDI)＋UV＋UF；饮用水处理中MF(UF)＋NF(RO)；中草药澄清和浓缩中MF(UF)＋NF(RO)；废水处理中初级生化处理＋膜反应器＋NF(RO)等等，由于采用集成过程，使这些应用迅速实用化，商品化和进一步优化。
7 结语
膜分离技术产生和发展的历史是－不断创新和实践的历史，每一种新的膜过程的成功都是若干创新的综合。膜分离技术的进步，推动了其他学科和技术的进步，同样，其他技术的发展，也促进
了膜分离技术的进步。随着膜分离技术的不断发展和提高以及集成膜过程的采用和完善，膜分离技术在水处理中的作用会越来越大，为我国水资源的保护和合理利用，为国民经济的可持续发展作出更大贡献。
新型膜前处理多功能微滤系统
发表日期：2006年11月21日 出处：工业水处理学会
前言：
随着国家环保政策的变化，对污水、废水的处理要求和回用率要求愈加严格，在强调吨位生产的费用时，能耗和水耗成为重要的指标。这给膜处理技术的发展和应用创造了很好的机会和空间。从膜处理技术角度来看，无论超滤膜，纳滤膜，反渗透膜的加工和生产，及应用技术都已日趋成熟。但是随着使用膜技术在过滤工艺上应用范围的扩展，膜设备在使用中存在的问题也愈加突出。具体的问题是在来水品质较差的情况下，不能稳定和有效的控制膜通量（流量）下降，运行能耗很高，效率低，成为膜技术推广的瓶颈。因此膜前预处理技术成为膜技术推广和应用的关键。
膜前水质预处理设备一般指在超滤膜前的处理装置，其出水在使用不同的膜和处理不同的水质情况下的要求是不同的，但基本的要求是：
1.尽量低的浊度及含铁量，一般希望浊度低于50度，含铁量低于0.5mg/L，高的铁含量极易形成氢氧化铁凝胶，堵塞和附着在膜的表面，需要经常进行强制酸清洗，对膜表面的损坏程度大，导致过滤效率低；
2.尽量低的有机物和胶体含量，以减少菌类和藻类可能滋生的条件，菌藻类也是膜表面堵塞的因素之一，而有机物是菌藻繁殖的基本养分。
目前通用的膜前预处理技术采用的是多介质过滤方式，运行状况不够理想，许多方面还有待完善，例如：
1、熔喷滤芯：这是最常用的保安过滤器，尽管价格便宜，但由于不能通过反冲洗来恢复功能，在较高浊度下需要经常更换滤芯，造成运行费增加及运行不稳定，一般讲，熔喷滤芯（PP）仅限于去除低浊度下（≤100度）的悬浮物，不能去除铁锰、溶解性有机物，因而在许多场合不能很好起到膜预处理的功能。
2、石英砂过滤器：有些膜前预处理装置采用常规的玻璃钢软化树脂罐，装填石英砂进行过滤处理，虽然有一定的过滤作用，但大多效果不好，其主要原因是石英砂的比重高于离子交换树脂，反冲洗不能彻底，不能对膜起稳定的保护作用。
3、无烟煤和陶瓷粒过滤器：同石英砂相同，虽然可以起到一定的作用，但由于反洗技术不理想，也会使运行效果打折扣。多介质过滤对有机物和胶体几乎没有去除效果。
从实际应用考虑，膜前预处理需要效果更好的和标准的定型设备，它应该具备多种功能，有抗击各种污染和污浊条件的能力，并能长期稳定低成本运行。为此，我们根据多年使用膜技术的体会，推出新型膜前处理多功能微滤系统。其中我们引入了以下四个专利技术：
1.过滤结构设计；2.反冲洗结构设计；3.高效曝气装置；4.多孔陶瓷滤料技术