膜過濾在水處理系統(tǒng)中的應用

關(guān)于膜過濾在水處理系統(tǒng)中的應用第一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三前言隨著環(huán)境污染和水資源緊缺問題日益受到重視，工業(yè)廢水與城市污水處理已進一步向深度處理發(fā)展，污水水質(zhì)提標、中水回用已成為環(huán)保公司經(jīng)常面對的問題。膜過濾技術(shù)以其特有的優(yōu)勢在這一應用領域得到長足的發(fā)展。廢水處理較凈水工業(yè)應用有較大的難度，在廢水處理中我們常見的膜過濾應用有：膜技術(shù)與生化處理相結(jié)合的膜生物反應器，二沉池出水經(jīng)微濾+超濾、超濾+反滲透、超濾+納濾進一步深度處理后回用的膜組合系統(tǒng)。這就更加迫切的要求我們?nèi)ト媪私饽み^濾技術(shù)。本文講到的內(nèi)容有以下幾個方面：膜的分類、超濾膜及分類、MBR、膜組合應用案例、膜元件的污染防治第二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第一部分：什么是膜過濾，膜的分類

定義：膜過濾是一種與膜孔徑大小相關(guān)的篩分過程，以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動力，以膜為過濾介質(zhì)，在一定的壓力下，實現(xiàn)對原液進行分離和濃縮的目的。分類：膜根據(jù)其孔徑分為微濾膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜。這種排序是按照過濾膜的孔徑逐漸變小，過濾精度逐漸變高來排列的。微濾膜孔徑在0.1μm～1μm，超濾膜孔徑在0.01μm～0.1μm，納濾膜孔徑在0.001μm～0.01μm，反滲透膜孔徑<0.001μm。詳見下圖——圖1。第三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第二部分：各種膜介紹及其在水處理的應用領域反滲透膜（RO)主要功能是脫鹽，截留化學離子，當然細菌、真菌、病毒體也不能通過，隨廢水排出，只允許體積小于0.0001微米的水分子通過，脫鹽率大于90%，操作壓力在0.7~10MPa。應用領域:1、純水制備、超純水制備2、海水和苦咸水淡化3、鍋爐用水軟化4、廢水回用的末端純化。納濾膜(NF)由反滲透膜（RO）發(fā)展來的一種超低壓膜，分離范圍介于反滲透膜和超濾膜之間，操作壓力一般為0.5～2.0MPa，能耗少，運行費用低，脫鹽率50﹪～70﹪，有機物的去除率大于90﹪,操作壓力在0.5~3MPa。應用領域:1、水除硬度2、廢水除有機物、色度3、油水分離4、乙二醇回收5、硫酸銅回收6、有機、無機液體分離、濃縮7、染料提純、濃縮8、天然藥物分離、濃縮9、發(fā)酵液濃縮微濾膜（MF)微濾膜主要是截留懸浮物——去除微粒和細粒物質(zhì)。微濾膜允許大分子和溶解性固體（無機鹽）等通過，但會截留懸浮物，細菌，及大分子量膠體等物質(zhì)。微濾膜的運行壓力一般為：0.03-0.7MPA第六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三應用范圍：1、醫(yī)藥行業(yè)的過濾除菌2、食品工業(yè)的應用（明膠的澄清、葡萄糖的澄清、果汁的澄清、白酒的澄清、回收啤酒渣、白啤除菌、牛奶脫脂、飲用水的生產(chǎn)等）3、反滲透和納濾工藝的前處理4、水庫、湖泊、江河等地表水中藻類和顆粒性雜質(zhì)的去除④.超濾膜(UF)超濾膜是孔徑只有一根頭發(fā)絲的1‰！能篩出大于孔徑的溶質(zhì)分子，能截留0.01um以上的粒子。作用十分廣泛，幾乎所有行業(yè)的水處理都能用到它，如在工業(yè)用水的除細菌、熱源、膠體、懸浮雜質(zhì)及大分子有機物;在飲用水中用;礦泉水凈化，純水與超純水制備的前端處理等，用于發(fā)酵、酶制劑工業(yè)、制藥工業(yè)的濃縮、純化與澄清;果汁濃縮、分離;大豆蛋白、乳品、制糖工業(yè)、酒類、茶汁、醋等的分離、濃縮與澄清;工業(yè)廢水與生活污水的凈化和回用;電泳漆的回收等行業(yè)。很顯然，通過我們對膜的簡要了解發(fā)現(xiàn)：在我們的水處理行業(yè)中更多的用到了超濾膜，下面就超濾膜給予較為詳細的講解。第七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第三部分：超濾膜的分類

3.1,按超濾膜的外觀表現(xiàn)形式：平板膜:簾式膜：第八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三卷式膜:管式膜:

第九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三中空膜:第十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三3.2,按運行方式分類：外壓式運行：內(nèi)壓運行：第十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三3.3,按膜絲過濾結(jié)構(gòu)分為：過濾層=皮層（皮層就是超濾膜的過濾面）單皮層結(jié)構(gòu)（內(nèi)單、外單）第十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三雙皮層結(jié)構(gòu)第十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三3.4,按與流體相對位置分為：浸沒式外置式第十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三3.5,按膜材質(zhì)分為有機膜PVC復合聚氯乙烯PP：聚丙烯PE：聚乙烯PS：聚苯乙烯PSA：苯乙烯-丙烯腈共聚物第十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三無機膜金屬、金屬氧化物、陶瓷、無機高分子材料等制成的膜。第十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第四部分：超濾膜在污水處理中的擴展應用-------MBRMBR------超濾外壓式PVDF單皮層（浸沒式外置式）4.1MBR工藝原理：MBR(MembraneBio-Reactor)一種簡單高效的污水處理裝置,它是膜分離與污水處理的生物反應器相結(jié)合，形成的一種新的污水處理裝置，他綜合了膜處理技術(shù)和生物處理技術(shù)的優(yōu)點。他利用MBR中活性污泥及在活性污泥上的微生物群體所吸附并分解廢水中的可溶性有機污染物達到凈化廢水的作用。MBR膜組件作為泥水分離單元，極大縮小沉淀池體積甚至完全取代二次沉淀池。MBR膜截留活性污泥混合液中微生物絮體和較大分子有機物，使之停留在生物反應器內(nèi)，使反應器內(nèi)獲得高生物濃度，并延長有機固體停留時間，極大地提高了微生物對有機物的氧化率。膜生物反應器系統(tǒng)內(nèi)活性污泥（MLSS）濃度可提升至8000~10,000mg/L，甚至更高；污泥齡(SRT)可延長至30天以上，可保留世代周期較長的微生物，實現(xiàn)對污水深度凈化，同時硝化菌在系統(tǒng)內(nèi)能充分繁殖，其硝化效果明顯，對深度除磷脫氮提供可能。第十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三4.2MBR的優(yōu)點：1、高效地固液分離,效果遠好于傳統(tǒng)沉淀池,出水水質(zhì)良好,懸浮物和濁度接近于零,可直接回用,實現(xiàn)了污水資源化。2、膜的高效截留作用,使微生物完全截留在生物反應器內(nèi),實現(xiàn)反應器水力停留時間(HRT)和污泥齡(SRT)的完全分離,運行控制靈活穩(wěn)定。3、在回用水系統(tǒng)中，取代了傳統(tǒng)三級預處理的全部工藝設施（石英砂、活性炭、微濾）,因此可大幅節(jié)省投資并減少占地面積,。4、利于硝化細菌的截留和繁殖,系統(tǒng)硝化效率高。通過運行方式的改變可有脫氨和除磷功能。5、由于泥齡可以非常長,從而大大提高難降解有機物的降解效率。6、反應器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡下運行,剩余污泥產(chǎn)量極低,理論上由于泥齡可無限長,可實現(xiàn)零污泥排放。7、系統(tǒng)可實現(xiàn)PLC控制,操作管理方便第十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三4.3，MBR在運行中的常見缺點

膜絲的堵塞、

膜絲的斷裂漏漿而失效

膜元件的生物污染

④如何避免這些發(fā)生將在第五章《膜污染防治》中提到第二十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第五部分，膜污染防治膜在廢水和中水應用中的效果不容質(zhì)疑，出水水質(zhì)也是得到了業(yè)界的廣泛一致認同，但在應用過程中出現(xiàn)了使用成本高、壽命短、污染堵塞嚴重，斷絲漏漿等讓用戶和工程公司頭痛的問題，讓許多工程公司和用戶望而卻步！膜元件的污染主要是懸浮物膠體污染堵塞、難溶鹽-（RO）污染堵塞，微生物污染堵塞、膜元件斷裂破損、做好污染堵塞防治工作的關(guān)鍵是在不同的應用場合選擇不同的膜元件和不同的運行方式并做好污染防治配套設備，從以下7個方面進行交流。第二十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三5.1，膜元件材質(zhì)的選擇有機膜1、PVC，復合聚氯乙烯。強度高，不易斷絲，親水性好.價格適中性價比最好。2、PES，聚醚砜。主要是，耐高溫，生物融合好，適合特殊物料分離，濃縮提純，這種材質(zhì)價格很高。3、PAN，PP材質(zhì)，這種材質(zhì)，起步很早，技術(shù)穩(wěn)定，膜絲相對比較弱，價格低廉，應用廣泛。4、PVDF。材質(zhì)，這個材質(zhì)，公認的最好膜材質(zhì)，應用廢水處理比較多。無機膜1、熱穩(wěn)定性好，能長期在幾百度的高溫下工作。2、化學穩(wěn)定性好，能適應各種PH范圍的液體。3、流道寬（內(nèi)壓運行）不容易堵塞。4、較有機膜相比材質(zhì)的使用壽命長。第二十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三5.2，膜外觀表現(xiàn)形式的選擇1，平板膜MBR系統(tǒng)中常用，結(jié)構(gòu)性好不易破裂漏漿，但單位膜面積小占地大。需選用好的系統(tǒng)集成商做好膜污染防治措施。2，簾式膜MBR系統(tǒng)中常用，單位膜面積大占地小，易斷絲，需選用品牌供貨商提供好的材質(zhì)保證并選用有經(jīng)驗的系統(tǒng)集成商做好膜污染防治工作。3，卷式膜一般用于上水處理，出水水質(zhì)非常高且穩(wěn)定，但不能反向沖洗，若要系統(tǒng)長期穩(wěn)定且高效使用將對系統(tǒng)集成商的設計能力和使用經(jīng)驗要求較高。4，管式膜一般的管式膜膜為無機膜，無機膜的優(yōu)點都具備，但單位膜面積小，膜元件價格極高投資成本大。5，中空纖膜簾式膜是中空膜。第二十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三5.3，膜運行方式的選擇1，內(nèi)壓式上水處理中應用較多，通量大，過濾效果好，容易堵塞2，外壓式污水廢水處理中應用較多，過濾效果好且不容易堵塞，但錯流量大。5.4，膜絲過濾結(jié)構(gòu)的選擇雙皮層多為內(nèi)壓運行，也可外壓運行，上水處理應用較多，通量較小，雙層過濾效果更佳，但容易皮層間內(nèi)堵。單皮層多為外壓運行，污水廢水處理上應用較多，通量大，衰減小，沖、反洗效果好，但容易發(fā)生生物污染，要做好生物污染防治工作。詳見中國科學院《單皮層中空纖維超濾膜及其應用》第二十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三5.5，與流體相對位置浸沒式需要專門的膜池負壓運行方式，單位過濾面積通量較小，反洗、沖洗、化學洗都相對麻煩，一般需吊出膜池清洗。外置式無需膜池正壓運行，單位過濾面積通量大，反洗、沖洗、化學洗都簡單可在線完成，但要有經(jīng)驗的系統(tǒng)集成商進行專業(yè)設計以防止污染堵塞。5.6，污染防治措施的選擇1、在線清洗及反洗、正、反向大水流沖洗及與過濾方向逆向的反沖洗。2、定期化學清洗根據(jù)膜元件的污堵情況采用不同的化學藥劑進行定期化學除垢，保持膜通量。3、沖擊性殺菌根據(jù)運行環(huán)境的變化對膜進行微生物的沖擊性處理。4、在線藥劑的投加根據(jù)膜系統(tǒng)的進水水質(zhì)適時的投加膜保護藥劑——非氧化性殺菌劑、還原劑、阻垢劑5、電控系統(tǒng)的優(yōu)化通過電控的優(yōu)化來改變諸如沖、反洗時間、曝氣時間、停機時間、加藥頻率，壓力與運行方式的關(guān)系，流量與運行方式的關(guān)系等來優(yōu)化膜系統(tǒng)，當然這要求系統(tǒng)集成商的豐富經(jīng)驗。第二十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三5.7，膜結(jié)構(gòu)及運行方式上的創(chuàng)新膜結(jié)構(gòu)及運行方式上的創(chuàng)新是我們?yōu)榱吮３至己玫哪み^濾效果同時與膜污染不斷抗衡而獲得的成果，下面就一些創(chuàng)新給予講解；，污染物附著在膜絲上膜的澆鑄端采用雙層澆鑄，上層為硬膠，下層為軟膠。硬膠用于固定住膜絲，軟膠對膜絲根部與膠層起到柔性連接的作用，防止斷絲發(fā)生。第二十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三，氣水混合液氧化、吹脫掉染物膜的下端膜絲堵孔處理，不進行澆鑄，外壓運行。在氣液混合的狀態(tài)下可以隨意擺動，降低污染物在膜絲上的附著概率。第二十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三

創(chuàng)新的超濾膜組件結(jié)構(gòu)能夠適應高濁度和懸浮物的水質(zhì)狀況，特別是針對高懸浮物的煤礦礦井廢水，從膜絲組件結(jié)構(gòu)---運行工藝的整個過程對超濾系統(tǒng)進行的創(chuàng)新讓該創(chuàng)新的超濾膜系統(tǒng)在惡劣水質(zhì)條件下正常穩(wěn)定運行提供了保障并且簡化了系統(tǒng)的配置方案降低了系統(tǒng)的費用。說明如下：第二十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第二十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第六部分：膜組合系統(tǒng)在污水、中水方面的案例隨著環(huán)境污染和水資源緊缺問題日益受到重視，工業(yè)廢水與城市污水處理已進一步向深度處理發(fā)展，中水回用已得到逐步地推廣。膜過濾以其特用的優(yōu)勢在這一應用領域得到發(fā)展，有膜技術(shù)與生化處理相結(jié)合的膜生物反應器，有將二沉池出水經(jīng)超濾或超濾+反滲透進一步深度處理后回用的。廢水處理較凈水工業(yè)應用有較大的難度，對膜提出了更高的要求，但從目前的應用來看已展示出廣闊的應用前景。第三十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三1，某五星級酒店洗浴廢水+中水回用廢水源：酒店洗浴廢水處理前：COD：200mg/L處理后：COD：20mg/L,SS<1mg/L色度：1度處理成果：回用水完全用于沖廁，灌溉。工藝流程：毛發(fā)收集器+水解調(diào)節(jié)池+MBR總結(jié)：MBR的應用不但縮小了生化的占地空間，還極大地提升了生化效果和出水水質(zhì)，適合于酒店地下車庫和地勢狹小的場所。第三十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第三十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三2，某垃圾填埋場滲濾液廢水源：垃圾滲濾液處理前：氨氮：1000mg/L,COD：8200mg/L,SS：800mg/L處理后：氨氮：4mg/L,COD：36mg/L,SS：1.2mg/L處理成果：達標排放，回用水用于綠化，灌溉。工藝流程：物化+生化+MBR+超濾+納濾總結(jié)：MBR的應用對生化效果提升有巨大幫助，超濾的應用避免了MBR的漏漿給納濾提供保險措施，納濾的應用減少了膜分離濃水的比例和濃度。第三十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第三十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三3，某特種建材廠廢水回用廢水源：生產(chǎn)線工藝廢水處理前：PH：4,SS：800mg/L,電導率：1170us/cm2

處理后：PH：6.9,氨氮：4mg/L,電阻率：10us/cm2處理成果：回用水大部分用于生產(chǎn)線，部分用于鍋爐用水補給。工藝流程：PH調(diào)節(jié)+混凝沉淀+微濾+超濾+RO總結(jié)：微濾+超濾提升了出水品質(zhì)。RO的應用滿足了鍋爐用水的進水需求。第三十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第三十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三4，某電泳漆廠廢水+中水回用廢水源：電泳漆廢液，電泳件沖洗廢水，電泳件前處理廢水處理前：COD：10000mg/L處理后：COD：50mg/L,SS<1mg/L電阻率：10MΩ處理成果：回用水完全用生產(chǎn)線。工藝流程：物化處理+水解+ABR+生物氧化+MBR+RO總結(jié)：MBR的應用不但縮小了生化的占地空間，還極大地提升了生化效果和出水水質(zhì)。RO的應用對出水水質(zhì)提升有巨大幫助。第三十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第三十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三5，某煤礦廢水處理回用廢水源：煤礦開采過程中產(chǎn)生的廢水處理前：COD：80mg/L，SS：480mg/L處理后：COD：20mg/L,SS：0處理成果：回用水完全用于井上、井下工業(yè)。工藝流程：原水+加藥沉淀+袋式過濾器+曝氣錯流運行超濾總結(jié)：曝氣錯流運行超濾的應用減少了三級預處理的配置、是系統(tǒng)占地縮小和投資減少的關(guān)鍵配置，其對懸浮物的去除率很高，使出水水質(zhì)滿足了用水需求。第三十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第四十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三6，某碳化硅生產(chǎn)線廢水回用廢水源：碳化硅顆粒生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水。處理前：濁度>500NTU處理后：濁度<50NTU處理成果：回用水完全用于碳化硅生產(chǎn)線工藝流程：碳化硅廢水---集水池---壓濾機---沉淀池---袋式過濾器---氣水混合超濾膜---出水總結(jié)：超濾的應用對濁度的去除很高，保證出水水質(zhì)安全穩(wěn)定。第四十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三第四十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三超濾在水處理中如正常發(fā)揮作用

當超濾膜在使用時，由于其對水或溶液中細菌、微生物、膠體、懸浮性固體及可溶性高分子化合物具有極高的截留效果，沉積于膜表面形成污染，使膜的透過性能和截留性能惡化。此外細菌、微生物的附著，其代謝產(chǎn)物在膜表面形成黏液。這些因素都將導致超濾膜性能降低。因此，必須根據(jù)超濾過濾的客觀規(guī)律運行，使超濾處于最佳工作狀態(tài)。膜材料的優(yōu)選超濾膜材料眾多，國內(nèi)可供選擇的中空纖維（毛細管）型超濾膜，主要材料為聚氯乙烯（PVC)\聚砜（PS）、聚丙烯腈（PAN）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯等（PVDF）等。近年來有以拉伸力著稱的聚丙烯微孔濾膜中空纖維，其制造成本低廉，但實際上其長形網(wǎng)狀孔尺寸較超濾膜大1～2個數(shù)量級，長形孔的變形使細菌、微生物泄漏率可達50％以上，對膠體及微粒截留效果較差。聚砜以其獨特的化學穩(wěn)定性、較高的抗氧化性、較寬的pH值使用范圍（pH1～13）、耐熱性能好等因素而被首選。但聚砜屬疏水性膜、透水性能低、對某些物質(zhì)吸附性能強，在水處理應用中有一定局限性。聚丙烯腈膜耐溶劑性、耐熱性、對日光及大氣的穩(wěn)定性，特別是成膜性能良好、對制備孔徑均一的超濾膜是極為有利的，輕度的極性于某些廢水的處理，在國外超濾膜領域中優(yōu)先生產(chǎn)，占有較大的比例。我國近年來在純水制備的大規(guī)模使用中已成功的應用。膜的透水性能、截留性能均已達到較高的水平。第四十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三膜微結(jié)構(gòu)的選擇膜斷面結(jié)構(gòu)有單皮層指狀孔結(jié)構(gòu)與雙皮層針狀孔結(jié)構(gòu)兩種。當較小物質(zhì)穿過單皮層指狀孔結(jié)構(gòu)時，即可從另一側(cè)透出，不致引起微孔的堵塞。而雙皮層針狀孔結(jié)構(gòu)如小分子能透過一側(cè)皮層，進入膜孔內(nèi)部時，有可能被另一側(cè)皮層截留而留存于膜內(nèi)形成堵孔。但雙皮層針狀孔結(jié)構(gòu)有利于反沖洗。在選用雙皮層針狀孔結(jié)構(gòu)超濾膜時在滿足透水量的同時應選擇切割分子應小于被截留溶質(zhì)分子約一個數(shù)量級。用作礦泉水與純凈水預處理時應選取雙皮層針狀孔結(jié)構(gòu)毛細管式超濾膜，切割分子量在1～2萬左右，對細菌、微生物、膠體都有良好的分離性能，并且有利于反沖洗。組件結(jié)構(gòu)的選擇當溶液中可被截留的溶質(zhì)濃度較小時，組件結(jié)構(gòu)有較大的選擇余地，而溶質(zhì)濃度較大時，帶有隔網(wǎng)的卷式膜組件易于在膜表面沉積而不宜采用。實際上，在水處理工程中最多采用內(nèi)壓型毛細管或中空纖維超濾膜組件，有利于提高管內(nèi)流速而達到減少沉積堵塞現(xiàn)象。如若提高流速則阻力損失較大。因而宜選用較大直徑毛細管膜，有利于流速的提高。以XX公司聚丙烯腈毛細管膜為例，其內(nèi)徑為0.8～1.4mm，外徑1.4～2.3mm，原水只需通過40目篩網(wǎng)過濾即可，即機械雜質(zhì)不大于毛細管內(nèi)徑即可通過。

第四十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期三選擇適當直徑的毛細管膜，達到必要的流速，有利于減少溶質(zhì)在膜表面的沉積，這對于超濾膜的正常運行是必要的。超濾膜設備裝置的選擇實踐證明，超濾膜能截留大部分溶質(zhì)，因而必須在錯流狀態(tài)下工作，即原水沿膜表面切向流動，被截留溶質(zhì)切向流過膜表面，形成濃縮液而排出，因而在正常操作情況下必須不斷排放濃縮液。一般排放量約