MBR超濾膜

超濾膜是超濾設備的核心元件，最早開發(fā)的高分子分離膜之一，被用于超純水制備中的中端處理裝置。由于超濾膜是多空材料，以物理截留的方式去除水中的雜質，所以超濾膜要定期清洗，以保證超濾膜的通過量延長超濾膜的使用壽命。

超濾膜的清洗方法一般根據(jù)膜的性質和處理料液的性質來確定。通常和反滲透相類似，即先以水力清洗，而后根據(jù)情況采用不同的化學洗滌劑進行清洗，例如對電涂材料可以選用含離子的增溶劑，對水溶性有機涂料可以用"橋鍵"型溶劑。食品工業(yè)中蛋白質沉淀可以用朊酶溶劑或磷酸鹽、硅酸鹽為基礎的堿性去垢劑。膜表面由無機鹽形成的沉淀可用EDTA之類的螯合劑或酸、堿加以溶解。超濾膜的清洗方法分為七個步驟

1、 配制清洗液

2、低流量輸入清洗液

首先用清洗水泵混合一遍清洗液，預熱清洗液時應以低流量。 然后以盡可能低的清洗液壓力置換元件內的原水，其壓力僅需達到足以補充進水至濃水的壓力損失即可，即壓力必須低到不會產生明顯的滲透產水。低壓置換操作能夠最大限度的減低污垢再次沉淀到膜表面，視情況而定，排放部分濃水以 防止清洗液的稀釋

3、循環(huán)

當原水被置換掉后，濃水管路中就應該出現(xiàn)清洗液，讓清洗液循環(huán)回清洗水箱并保證清洗液溫度恒定。

4、浸泡

停止清洗泵的運行，讓膜元件完全浸泡在清洗液中。有時元件浸泡大約1小時就足夠了，但對于頑固的污染物，需要延 長浸泡時間，如浸泡10~15 小時或浸泡過夜。為了維持浸泡過程的溫度，可采用很低的循環(huán)流量。

5、高流量水泵循環(huán)

高流量能沖洗掉被清洗液清洗下來的污染物，如果污染嚴重，請采用高于表1 所 規(guī)定的50%的流量將有助于清洗，在高流量條件下，將會出現(xiàn)過高壓降的問題，單元件最大允許的壓降為1bar (15psi)，對多元件壓力容器最大允許壓降為3.5bar(50psi)，以先超出為限。

6、沖洗

預處理的合格產水可以用于沖洗系統(tǒng)內的清洗液，除非存在腐蝕問題(例如，靜止的海水將腐蝕不銹鋼管道)。為了防 止沉淀，最低沖洗溫度為20oC。 附注在酸洗過程中，應隨時檢查清洗液pH 值變化，當在溶解無機鹽類沉淀消耗掉酸時，如果pH的增加超過0.5個pH值單低，就應該向清洗箱內補充酸，酸性清洗液的總循環(huán)時間不應超過20分鐘，超過這一時間后，清洗液可能會 被清洗下來的無機鹽所飽和，而污染物就會再次沉積在膜表面，此時應用合格預處理產水將膜系統(tǒng)及清洗系統(tǒng)內的第一遍清洗液排放掉，重新配置清洗液進行第二遍酸性清洗操作。如果系統(tǒng)必須停機24 小時以上，則應將元件保存在1%(重量比)的亞硫酸氫鈉水溶液中。在對大典系統(tǒng)清洗之前，建議從待清洗的系統(tǒng)內取出一支膜元件， 進行單元件清洗效果試驗評估。

7、清洗多段系統(tǒng)

在多段系統(tǒng)的沖洗和浸泡步驟中，可以對整個系統(tǒng)的所有段同時進行，但是對于高流量的循環(huán)必須分段進行，以保證循環(huán)流量對第一段不會太低而對最后一段不會太高，這可以通過一臺泵每次分別清洗各段或針對每段流量要求設置不同的清洗泵來實現(xiàn)。

及時清洗超濾膜才能保持膜的透過量和壽命，而正確的清洗方法則可以節(jié)省時間和減少膜元件在清洗過程中受損。對于不同的膜組件，可以選用不同的清洗方法，如管式組件可以用海綿球進行機械清洗，中空纖維式組件可以用反向沖洗等。對于食品工業(yè)用膜還需進行消毒處理(用NaOH和H2O2等)。

礦泉水是雨水涌入地層后溶解了多種礦物質的地下水，在礦泉水積聚的過程中即溶解了大量對人體健康有益的礦物質也往往同時混進了一些懸浮物、有機物細菌和大腸桿菌等有害物質。因此一般不提倡直接飲用，而使用超濾膜來處理礦泉水則是一種比較理想的方法，超濾膜可以有效濾除礦泉水中的懸浮物、有機物、細菌和大腸桿菌等有害物質，使礦泉水的透明度明顯提高，而且保留了礦泉水中的對人體健康有益的各種礦物質。如使用RO反滲透膜或納濾膜來過濾礦泉水，則在濾除了細菌等有害物質的同時將有益的礦物質也濾除了，而微濾膜的孔徑一般在1um以上，無法濾除細小的細菌和膠體物質(體積0.1um)，因此超濾膜應是處理礦泉水的理想組件。

集團用水凈化:由于傳統(tǒng)自來水處理工藝的不足，尤其是自來水輸水管網的二次污染問題使自來水的水質日益惡化，飲水污染有害人們的健康導致疾病的發(fā)生。若使用海德能超濾膜對自來水進行二次處理，不僅去除了水中大量的懸浮物、膠體和微粒，使自來水變得干凈、清沏透明，而且也除去了有機物、細菌和大腸桿菌等致病的物質使自來水變成干凈衛(wèi)生的直飲水，經超濾膜處理后的水質完全符合國家生飲水標準。

目前我國還是一個能源和水資源相對缺乏的國家，對不能飲用的地表水、河水和井水如采用RO裝置處置，因RO膜回收率較低，能耗大反而是一種得不償失的作法，而使用超濾膜過濾不僅省去了自來水廠的處理過程，產品水完全達到國家生飲水標準，而且超濾膜還具有系統(tǒng)回收率高(90%)，設備投入和運行費用低，能耗小等突出優(yōu)勢。

A 低度白酒去濁除菌:使用超濾膜處理低度白酒具有過濾除菌，滅菌和陳化等多種功能，它可以使白酒中的辛辣、苦澀和邪雜味物質減少，而產生香味的酯類物質增加，在短時間的處理過程中應可以達到自然窖藏半年甚至數(shù)年才能完成的化學和物理變化，加速了氧化、酯化的締合作用。

B 果酒、啤酒及其他酒類的精制，酒內常含有殘存的酵母，雜菌及膠體物等而產生沉淀現(xiàn)象，而使用超濾膜處理后，不但使酒的澄清度提高，而且酒的口味也在一定程度上得到改善變得入口綿甜、爽凈，避免了因用加熱殺菌而形成的混濁物質析出。

C 凈化茶汁，制備濃縮茶:茶葉經水抽取后得到的茶水中，往往含有大量的固體雜質，采用傳統(tǒng)的機械過濾技術無法徹底清除，因而很難生產了同純凈的速溶茶，而選用超濾膜澄清處理和RO膜濃縮后將其噴霧干燥，就可以得到粉狀速溶茶，用這種茶粉泡出來的茶水清晰、透明，口感清爽。

A 針劑、大輸液除熱源:目前醫(yī)療機構常用的靜脈葡萄糖氯化鈉水溶液如果含有熱源，會導致受注者體溫上升，而用超濾膜法處理后的藥劑，可明顯提高藥液的質量。

B 濃縮人血清蛋白:供靜脈注射用的25%的人胎盤白蛋白通常用駐外酸銨鹽析出法制備或冷并法濃縮，不僅能耗大，操用時間長，易污染等且易導致白蛋白形成一些聚合體，而采用超濾膜對人胎盤白蛋白進行濃縮脫鹽，分離率達98%以上。

在污水處理，水資源再利用領域，MBR又稱膜生物反應器(Membrane Bio-Reactor)，是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理技術。采用的膜結構型主要為平板膜和中空纖維膜，按膜孔徑可劃分為超濾技術。

超濾膜，是一種孔徑規(guī)格一致，額定孔徑范圍為0.001-0.02微米的微孔過濾膜。在膜的一側施以適當壓力，就能篩出小于孔徑的溶質分子，以分離分子量大于500道爾頓、粒徑大于2~20納米的顆粒。超濾膜是最早開發(fā)的高分子分離膜之一，在60年代超濾裝置就實現(xiàn)了工業(yè)化。

膜- 生物反應器主要由膜分離組件及生物反應器兩部分組成。通常提到的膜 - 生物反應器實際上是三類反應器的總稱: ① 曝氣膜 - 生物反應器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ; ② 萃取膜 - 生物反應器( ExtractiveMembrane Bioreactor, EMBR ); ③ 固液分離型膜 - 生物反應器( Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor, SLSMBR, 簡稱 MBR )。

曝氣膜 -生物反應器最早見于 Cote.P 等 1988年報道，采用透氣性致密膜(如硅橡膠膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜)，以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點( Bubble Point)情況下，可實現(xiàn)向生物反應器的無泡曝氣。該工藝的特點是提高了接觸時間和傳氧效率，有利于曝氣工藝的控制，不受傳統(tǒng)曝氣中氣泡大小和停留時間的因素的影響。如圖 [1] 所示。

萃取膜 - 生物反應器 又稱為 EMBR (Extractive Membrane Bioreactor)。因為高酸堿度或對生物有毒物質的存在，某些工業(yè)廢水不宜采用與微生物直接接觸的方法處理;當廢水中含揮發(fā)性有毒物質時，若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過程，污染物容易隨曝氣氣流揮發(fā)，發(fā)生氣提現(xiàn)象，不僅處理效果很不穩(wěn)定，還會造成大氣污染。為了解決這些技術難題，英國學者 Livingston研究開發(fā)了 EMB 。廢水與活性污泥被膜隔開來，廢水在膜內流動，而含某種專性細菌的活性污泥在膜外流動，廢水與微生物不直接接觸，有機污染物可以選擇性透過膜被另一側的微生物降解。由于萃取膜兩側的生物反應器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨立，各單元水流相互影響不大，生物反應器中營養(yǎng)物質和微生物生存條件不受廢水水質的影響，使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運行條件如 HRT 和 SRT 可分別控制在最優(yōu)的范圍，維持最大的污染物降解速率。

固液分離型膜 - 生物反應器是在水處理領域中研究得最為廣泛深入的一類膜 -生物反應器，是一種用膜分離過程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術。在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在 1.5~3.5mg/L左右，從而限制了生化反應速率。

水力停留時間( HRT )與污泥齡( SRT)相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運行過程中還產生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的 25% ~40% 。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質惡化。

針對上述問題， MBR將膜分離技術與傳統(tǒng)生物處理技術有機結合，MBR實現(xiàn)污泥停留時間和水力停留時間的分離，大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌 (特別是優(yōu)勢菌群 ) 的出現(xiàn)，提高了生化反應速率。同時，通過降低 F/M比減少剩余污泥產生量(甚至為零)，從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題。

膜--生物反應器主要由膜分離組件及生物反應器兩部分組成。通常提到的膜--生物反應器實際上是三類反應器的總稱:

① 曝氣膜--生物反應器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ;

② 萃取膜--生物反應器(ExtractiveMembrane Bioreactor, EMBR);

③ 固液分離型膜--生物反應器(Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor, SLSMBR, 簡稱 MBR)。

曝氣膜

曝氣膜--生物反應器(AMBR)最早見于Cote.P 等1988年報道，采用透氣性致密膜(如硅橡膠膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜)，以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點( Bubble Point)情況下，可實現(xiàn)向生物反應器的無泡曝氣。該工藝的特點是提高了接觸時間和傳氧效率，有利于曝氣工藝的控制，不受傳統(tǒng)曝氣中氣泡大小和停留時間的因素的影響。

萃取膜

萃取膜--生物反應器，又稱為EMBR(Extractive Membrane Bioreactor)。因為高酸堿度或對生物有毒物質的存在，某些工業(yè)廢水不宜采用與微生物直接接觸的方法處理;當廢水中含揮發(fā)性有毒物質時，若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過程，污染物容易隨曝氣氣流揮發(fā)，發(fā)生氣提現(xiàn)象，不僅處理效果很不穩(wěn)定，還會造成大氣污染。

為了解決這些技術難題，英國學者Livingston研究開發(fā)了EMBR。廢水與活性污泥被膜隔開來，廢水在膜內流動，而含某種專性細菌的活性污泥在膜外流動，廢水與微生物不直接接觸，有機污染物可以通過選擇性透過膜被另一側的微生物降解。由于萃取膜兩側的生物反應器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨立，各單元水流相互影響不大，生物反應器中營養(yǎng)物質和微生物生存條件不受廢水水質的影響，使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運行條件如HRT和SRT可分別控制在最優(yōu)的范圍，維持最大的污染物降解速率。

固液分離型膜

固液分離型膜--生物反應器是在水處理領域中研究得最為廣泛深入的一類膜--生物反應器，是一種用膜分離過程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術。

在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在 1.5~3.5g/L左右，從而限制了生化反應速率。水力停留時間(HRT)與污泥齡(SRT)相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運行過程中還產生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的25% ~40% 。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質惡化。

針對上述問題，MBR將分離工程中的膜分離技術與傳統(tǒng)廢水生物處理技術有機結合，大大提高了固液分離效率;并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌(特別是優(yōu)勢菌群)的出現(xiàn)，提高了生化反應速率;同時，通過降低F/M比減少剩余污泥產生量(甚至為0)，從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題。