膜技術(shù)在我國(guó)污水回用中的應(yīng)用

膜技術(shù)在我國(guó)污水回用中的應(yīng)用

膜技術(shù)起源于20世紀(jì)60年代用于處理海水的滲透膜。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，從實(shí)驗(yàn)室到大規(guī)模應(yīng)用的轉(zhuǎn)變完成了。從各個(gè)行業(yè)的角度來(lái)看，膜技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。膜處理技術(shù)由于高效、實(shí)用、可調(diào)、節(jié)能和工藝簡(jiǎn)便,在污水回用領(lǐng)域也有普遍的應(yīng)用。膜處理成為規(guī)模水處理設(shè)施的重要技術(shù)之一,膜技術(shù)作為深度處理中的新興方法,是近10年來(lái)水處理領(lǐng)域最重要的技術(shù)突破。隨著制造工藝的提高,曾被認(rèn)為是十分昂貴的膜處理技術(shù)如今變得越來(lái)越經(jīng)濟(jì),具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。1深度處理單元技術(shù)污水回用技術(shù)多對(duì)二級(jí)出水進(jìn)行深度處理。根據(jù)回用對(duì)象和水質(zhì)要求的不同,可以選擇不同的處理方式。城市污水深度處理的基本單元技術(shù)有:混凝(化學(xué)除磷)、沉淀(澄清、氣浮)、過(guò)濾、消毒。對(duì)水質(zhì)要求更高時(shí)采用的深度處理單元技術(shù)有:活性炭吸附、生物處理與生物過(guò)濾技術(shù)、膜處理技術(shù)、土地滲濾處理等?，F(xiàn)在應(yīng)用得較多的膜處理技術(shù)有微濾、納米過(guò)濾、超濾、滲析、反滲透、電滲析、氣體分離等。研究表明,當(dāng)小規(guī)模處理廠(小于2×104t/d)所有的膜處理技術(shù)的單位體積水處理費(fèi)用,均和傳統(tǒng)處理工藝相當(dāng)或更便宜。有資料表明,采用膜處理技術(shù)的污水廠其總投資和運(yùn)行費(fèi)用還將會(huì)繼續(xù)下降?？梢?jiàn)膜處理技術(shù)將對(duì)污水回用的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。以下將對(duì)比分析近幾年國(guó)內(nèi)幾種新型的膜處理技術(shù)。1.1半死端濾波1.1.1壓力容器+毛細(xì)管式膜dp半死端過(guò)濾技術(shù)是XIGATM的核心技術(shù),采用8英寸(20cm)壓力容器,在每個(gè)壓力容器中放入多個(gè)膜組件。通常每個(gè)膜組件為1.5m長(zhǎng),毛細(xì)管式膜,膜絲內(nèi)徑0.8mm或1.5mm。膜過(guò)濾過(guò)程可分為過(guò)濾、反洗和化學(xué)加強(qiáng)反洗。1.1.2半死端過(guò)濾在大規(guī)模的水處理應(yīng)用由于反沖洗不需加任何化學(xué)藥劑,且運(yùn)行時(shí)間很短,使得運(yùn)行費(fèi)用較低,使反沖洗成為除膜表面污垢方法之首選。半死端過(guò)濾在大規(guī)模的水處理應(yīng)用主要表現(xiàn)在飲用水供水、地表水處理、海水處理和流體的回用。半死端過(guò)濾技術(shù)有非常廣闊的應(yīng)用前景,應(yīng)用于小規(guī)模項(xiàng)目同樣有很好的效果。1.2雙膜法1.2.1連續(xù)流微過(guò)濾系統(tǒng)雙膜法污水回用技術(shù)是利用連續(xù)流微濾和反滲透雙膜分離技術(shù)對(duì)污水進(jìn)行大規(guī)模再生回用,在預(yù)處理時(shí)采用連續(xù)流微濾膜技術(shù)工藝。連續(xù)流微過(guò)濾系統(tǒng)由微濾膜柱、壓縮空氣系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)以及PLC自控系統(tǒng)組成。反滲透膜設(shè)備由PLC控制,能在線查詢和故障報(bào)警。1.2.2雙膜法再生水回用工程特點(diǎn)雙膜法工藝不同于傳統(tǒng)的污水深度處理技術(shù),首次將再生水規(guī)模集中應(yīng)用到工業(yè)高端用戶。出水水質(zhì)穩(wěn)定,膜分離效果和膜組件壽命均提高很多,占地小,安裝方便。正是因?yàn)檫@諸多優(yōu)點(diǎn),雙膜法可以應(yīng)用在工業(yè)用水、熱源廠鍋爐用水、園林及景觀綠化用水、市政與其他雜用水等方面。雙膜法再生水回用工程完全突破了污水深度處理的傳統(tǒng)工藝,大幅度提高再生水水質(zhì),徹底改變了再生水應(yīng)用于沖廁、園林綠化和工業(yè)冷卻等的小規(guī)模局限性局面。我國(guó)天津市于2002年底試運(yùn)行表明,再生水色度、濁度、pH值等19項(xiàng)指標(biāo)不僅符合標(biāo)準(zhǔn),而且接近直接飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。1.3反應(yīng)系統(tǒng)的建立膜生物反應(yīng)器(MBR)指將膜分離工程與生物工程相互組合形成的一個(gè)新的反應(yīng)系統(tǒng)。膜生物反應(yīng)器無(wú)論從整體構(gòu)造還是膜組件所使用的膜來(lái)分類,都是多種多樣的。以下重點(diǎn)分析一體化膜生物反應(yīng)器、氣升循環(huán)分體式膜生物反應(yīng)器、流動(dòng)床生物膜反應(yīng)器及淹沒(méi)復(fù)合式膜生物反應(yīng)器。1.3.1綜合膜生物處理器1曝氣池的組成一體化膜生物反應(yīng)器一般工藝過(guò)程為:原水由進(jìn)水泵提升進(jìn)入調(diào)節(jié)池,調(diào)節(jié)池出水通過(guò)溢流進(jìn)入曝氣池,曝氣池由生物反應(yīng)器和浸沒(méi)在反應(yīng)器中的膜組件兩部分組成。膜件的不同可以構(gòu)成不同形式的一體化膜生物反應(yīng)器,如中空纖維膜生物反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)流膜生物反應(yīng)器等。2對(duì)于一站式設(shè)備結(jié)構(gòu)一體化膜生物反應(yīng)器工藝出水水質(zhì)良好,運(yùn)行穩(wěn)定,其出水可直接用于綠化、沖廁、洗車。一體式其特點(diǎn)在于比分體式減少了高強(qiáng)度的循環(huán)泵,因而節(jié)省能耗,其自身設(shè)備結(jié)構(gòu)占地少。但一體式較分體式有個(gè)同樣關(guān)鍵的缺點(diǎn)是膜的清洗非常不便,不僅工作繁雜,而且膜組件易受損,使膜壽命有所降低。1.3.2氣升裝置、膜生物檢測(cè)器和氣生產(chǎn)物1膜生物反應(yīng)器工藝技術(shù)氣升循環(huán)分體式膜生物反應(yīng)器是一種將傳統(tǒng)一體式和傳統(tǒng)分體式膜生物反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的新型膜生物反應(yīng)器工藝技術(shù)。由生物單元和膜分離單元構(gòu)成,兩個(gè)單元通過(guò)活性污泥循環(huán)管連接,循環(huán)管分下循環(huán)管和上循環(huán)管,在下循環(huán)管上裝有閥門。生物單元可以是接觸氧化法或活性污泥法的生物反應(yīng)池。膜分離單元由膜池、膜組件、鼓風(fēng)機(jī)及鼓氣管構(gòu)成,膜池底部裝有排泥閥門。2生活污水回用氣升循環(huán)分體式膜生物反應(yīng)器技術(shù)優(yōu)點(diǎn)集中表現(xiàn)在:膜單元維護(hù)便捷,膜可在線化學(xué)清洗,膜清洗對(duì)生物單元和系統(tǒng)正常運(yùn)行影響較小;處理生活污水和廁所糞便污水,處理水均能達(dá)到生活雜用水回用標(biāo)準(zhǔn),使污水得到再生利用;既具有一體式能耗小的特點(diǎn),又具有分體式好維護(hù)管理的特性。1.3.3流動(dòng)床生物膜反應(yīng)1技術(shù)要素的組成流動(dòng)床生物膜反應(yīng)器處理工藝典型流程由原水池、原水泵、泥水混合池、反應(yīng)器、脫氣池、混凝池、絮凝池和沉淀池構(gòu)成。2流動(dòng)床生物膜反應(yīng)器工藝的應(yīng)用反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)水流和曝氣流形成逆流,增大氣、水接觸面積;且池內(nèi)載體填料在反應(yīng)器內(nèi)部由于導(dǎo)流板的作用形成循環(huán)流動(dòng)運(yùn)動(dòng),提高了氧利用率,有利于氧的轉(zhuǎn)移;反應(yīng)器內(nèi)所用載體填料多采用多孔膠粒,具有較大比表面積,使得反應(yīng)器內(nèi)部保持較高的微生物量;填料的多孔性,使其與傳統(tǒng)填料相比更易掛膜,初期運(yùn)行及檢修后極易恢復(fù)正常運(yùn)行。若在反應(yīng)器處理后的出水中加入一定量的鐵鹽,還可有效提高污泥活性,改善污泥沉降性能。流動(dòng)床生物膜反應(yīng)器工藝是一項(xiàng)較成熟的生物處理技術(shù),處理效率高,出水水質(zhì)好,設(shè)備占地僅為傳統(tǒng)設(shè)備的1/4～1/8。在韓國(guó)已有近20年的研究與實(shí)踐,得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。1.3.4合并膜生物反應(yīng)1生物反應(yīng)器、氣液分離淹沒(méi)復(fù)合式膜生物反應(yīng)器是根據(jù)水處理工藝學(xué)理論,將復(fù)合式膜生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)成淹沒(méi)式,把膜組件直接放入反應(yīng)器內(nèi),靠真空抽吸使得氣液分離;并根據(jù)流體力學(xué)理論,將反應(yīng)器底部設(shè)計(jì)成錐型,通過(guò)底部的曝氣器,使載體和污泥均處于活化狀態(tài)。2膜組件分離出液管淹沒(méi)復(fù)合式膜生物反應(yīng)器常以海綿管狀生物膜為載體,反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)存在附著相生物膜和懸浮相活性污泥,使得反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度很高,增強(qiáng)了廢水處理能力;它將膜組件置于反應(yīng)器內(nèi),靠真空抽吸進(jìn)行固液分離,使污染物去除效率提高,出水水質(zhì)好。此反應(yīng)器能耗小,省空間。對(duì)于高層建筑的中水回用、居住小區(qū)生活污水的處理與回用、污水處理要求高或出水需回用或用地緊張的地方,中小規(guī)模的高、低濃度有機(jī)工業(yè)廢水的處理,以及難降解有機(jī)物的廢水,該技術(shù)將具有較大的應(yīng)用潛力。2新型膜材料和膜過(guò)程的開(kāi)發(fā)將開(kāi)辟膜技術(shù)的應(yīng)用空間膜技術(shù)現(xiàn)已形成相當(dāng)?shù)囊?guī)模和產(chǎn)業(yè)。在海水和苦咸水淡化、純化和超純水制備、污水處理和回用、廢水(液)處理、物料分離和濃縮等方面已成為單元操作,并被廣泛應(yīng)用于電力、電子、化工、醫(yī)藥、食品和飲料等行業(yè),取得了明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。新型膜材料和膜過(guò)程的改進(jìn)與開(kāi)發(fā)將開(kāi)辟膜技術(shù)更為廣泛的應(yīng)用空間。今后的膜產(chǎn)業(yè)將圍繞水源開(kāi)發(fā)、氣體分離、有用組分的回收以及醫(yī)藥、電子等市場(chǎng)的需求,建立節(jié)能環(huán)保的新工藝和新技術(shù)。為保證可持續(xù)發(fā)展的要求,進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率,使資源得以有效利用,集成膜技術(shù)是膜發(fā)展趨勢(shì)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。集成膜過(guò)程是將超濾-微濾與反滲透(納濾)結(jié)合使用,形成能夠滿足各種回用目的的污水深度處理工藝。膜集成污水再生工藝具有系統(tǒng)穩(wěn)定、維護(hù)少、占地小、化學(xué)品用量少、流程簡(jiǎn)單和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。集成膜技術(shù)是與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合,極大地發(fā)揮了各種膜處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì),充分體現(xiàn)膜技術(shù)的節(jié)能、低耗、高效等優(yōu)越性,有效地降低生產(chǎn)成本,使膜技術(shù)有更廣闊的發(fā)展空間。膜集成過(guò)程是今后膜科學(xué)發(fā)展中應(yīng)加