MBR超濾膜簡(jiǎn)介

在污水處理，水資源再利用領(lǐng)域，MBR又稱(chēng)膜生物反應(yīng)器(Membrane Bio-Reactor)，是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。采用的膜結(jié)構(gòu)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(shù)。

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(guò)濾膜。在膜的一側(cè)施以適當(dāng)壓力，就能篩出小于孔徑的溶質(zhì)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(kāi)發(fā)的高分子分離膜之一，在60年代超濾裝置就實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。

超濾膜是超濾設(shè)備的核心元件，最早開(kāi)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(zhì)，所以超濾膜要定期清洗，以保證超濾膜的通過(guò)量延長(zhǎng)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(zhì)和處理料液的性質(zhì)來(lái)確定。通常和反滲透相類(lèi)似，即先以水力清洗，而后根據(jù)情況采用不同的化學(xué)洗滌劑進(jìn)行清洗，例如對(duì)電涂材料可以選用含離子的增溶劑，對(duì)水溶性有機(jī)涂料可以用"橋鍵"型溶劑。食品工業(yè)中蛋白質(zhì)沉淀可以用朊酶溶劑或磷酸鹽、硅酸鹽為基礎(chǔ)的堿性去垢劑。膜表面由無(wú)機(jī)鹽形成的沉淀可用EDTA之類(lèi)的螯合劑或酸、堿加以溶解。超濾膜的清洗方法分為七個(gè)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(yù)熱清洗液時(shí)應(yīng)以低流量。 然后以盡可能低的清洗液壓力置換元件內(nèi)的原水，其壓力僅需達(dá)到足以補(bǔ)充進(jìn)水至濃水的壓力損失即可，即壓力必須低到不會(huì)產(chǎn)生明顯的滲透產(chǎn)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(dāng)原水被置換掉后，濃水管路中就應(yīng)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(yùn)行，讓膜元件完全浸泡在清洗液中。有時(shí)元件浸泡大約1小時(shí)就足夠了，但對(duì)于頑固的污染物，需要延 長(zhǎng)浸泡時(shí)間，如浸泡10~15 小時(shí)或浸泡過(guò)夜。為了維持浸泡過(guò)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(lái)的污染物，如果污染嚴(yán)重，請(qǐng)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(huì)出現(xiàn)過(guò)高壓降的問(wèn)題，單元件最大允許的壓降為1bar (15psi)，對(duì)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(yù)處理的合格產(chǎn)水可以用于沖洗系統(tǒng)內(nèi)的清洗液，除非存在腐蝕問(wèn)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(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)檢查清洗液pH 值變化，當(dāng)在溶解無(wú)機(jī)鹽類(lèi)沉淀消耗掉酸時(shí)，如果pH的增加超過(guò)0.5個(gè)pH值單低，就應(yīng)該向清洗箱內(nèi)補(bǔ)充酸，酸性清洗液的總循環(huán)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)20分鐘，超過(guò)這一時(shí)間后，清洗液可能會(huì) 被清洗下來(lái)的無(wú)機(jī)鹽所飽和，而污染物就會(huì)再次沉積在膜表面，此時(shí)應(yīng)用合格預(yù)處理產(chǎn)水將膜系統(tǒng)及清洗系統(tǒng)內(nèi)的第一遍清洗液排放掉，重新配置清洗液進(jìn)行第二遍酸性清洗操作。如果系統(tǒng)必須停機(jī)24 小時(shí)以上，則應(yīng)將元件保存在1%(重量比)的亞硫酸氫鈉水溶液中。在對(duì)大典系統(tǒng)清洗之前，建議從待清洗的系統(tǒng)內(nèi)取出一支膜元件， 進(jìn)行單元件清洗效果試驗(yàn)評(píng)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)的所有段同時(shí)進(jìn)行，但是對(duì)于高流量的循環(huán)必須分段進(jìn)行，以保證循環(huán)流量對(duì)第一段不會(huì)太低而對(duì)最后一段不會(huì)太高，這可以通過(guò)一臺(tái)泵每次分別清洗各段或針對(duì)每段流量要求設(shè)置不同的清洗泵來(lái)實(shí)現(xiàn)。

及時(shí)清洗超濾膜才能保持膜的透過(guò)量和壽命，而正確的清洗方法則可以節(jié)省時(shí)間和減少膜元件在清洗過(guò)程中受損。對(duì)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(jìn)行機(jī)械清洗，中空纖維式組件可以用反向沖洗等。對(duì)于食品工業(yè)用膜還需進(jìn)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(zhì)的地下水，在礦泉水積聚的過(guò)程中即溶解了大量對(duì)人體健康有益的礦物質(zhì)也往往同時(shí)混進(jìn)了一些懸浮物、有機(jī)物細(xì)菌和大腸桿菌等有害物質(zhì)。因此一般不提倡直接飲用，而使用超濾膜來(lái)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(jī)物、細(xì)菌和大腸桿菌等有害物質(zhì)，使礦泉水的透明度明顯提高，而且保留了礦泉水中的對(duì)人體健康有益的各種礦物質(zhì)。如使用RO反滲透膜或納濾膜來(lái)過(guò)濾礦泉水，則在濾除了細(xì)菌等有害物質(zhì)的同時(shí)將有益的礦物質(zhì)也濾除了，而微濾膜的孔徑一般在1um以上，無(wú)法濾除細(xì)小的細(xì)菌和膠體物質(zhì)(體積0.1um)，因此超濾膜應(yīng)是處理礦泉水的理想組件。

集團(tuán)用水凈化:由于傳統(tǒng)自來(lái)水處理工藝的不足，尤其是自來(lái)水輸水管網(wǎng)的二次污染問(wèn)題使自來(lái)水的水質(zhì)日益惡化，飲水污染有害人們的健康導(dǎo)致疾病的發(fā)生。若使用海德能超濾膜對(duì)自來(lái)水進(jìn)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(lái)水變得干凈、清沏透明，而且也除去了有機(jī)物、細(xì)菌和大腸桿菌等致病的物質(zhì)使自來(lái)水變成干凈衛(wèi)生的直飲水，經(jīng)超濾膜處理后的水質(zhì)完全符合國(guó)家生飲水標(biāo)準(zhǔn)。

目前我國(guó)還是一個(gè)能源和水資源相對(duì)缺乏的國(guó)家，對(duì)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(guò)濾不僅省去了自來(lái)水廠的處理過(guò)程，產(chǎn)品水完全達(dá)到國(guó)家生飲水標(biāo)準(zhǔn)，而且超濾膜還具有系統(tǒng)回收率高(90%)，設(shè)備投入和運(yùn)行費(fèi)用低，能耗小等突出優(yōu)勢(shì)。

A 低度白酒去濁除菌:使用超濾膜處理低度白酒具有過(guò)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(zhì)減少，而產(chǎn)生香味的酯類(lèi)物質(zhì)增加，在短時(shí)間的處理過(guò)程中應(yīng)可以達(dá)到自然窖藏半年甚至數(shù)年才能完成的化學(xué)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(lèi)的精制，酒內(nèi)常含有殘存的酵母，雜菌及膠體物等而產(chǎn)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(zhì)析出。

C 凈化茶汁，制備濃縮茶:茶葉經(jīng)水抽取后得到的茶水中，往往含有大量的固體雜質(zhì)，采用傳統(tǒng)的機(jī)械過(guò)濾技術(shù)無(wú)法徹底清除，因而很難生產(chǎn)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(lái)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(jī)構(gòu)常用的靜脈葡萄糖氯化鈉水溶液如果含有熱源，會(huì)導(dǎo)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(zhì)量。

B 濃縮人血清蛋白:供靜脈注射用的25%的人胎盤(pán)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(shí)間長(zhǎng)，易污染等且易導(dǎo)致白蛋白形成一些聚合體，而采用超濾膜對(duì)人胎盤(pán)白蛋白進(jìn)行濃縮脫鹽，分離率達(dá)98%以上。

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

曝氣膜 -生物反應(yīng)器最早見(jiàn)于 Cote.P 等 1988年報(bào)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(diǎn)( Bubble Point)情況下，可實(shí)現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無(wú)泡曝氣。該工藝的特點(diǎn)是提高了接觸時(shí)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(shí)間的因素的影響。如圖 [1] 所示。

萃取膜 - 生物反應(yīng)器 又稱(chēng)為 EMBR (Extractive Membrane Bioreactor)。因?yàn)楦咚釅A度或?qū)ι镉卸疚镔|(zhì)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(dāng)廢水中含揮發(fā)性有毒物質(zhì)時(shí)，若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過(guò)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(huì)造成大氣污染。為了解決這些技術(shù)難題，英國(guó)學(xué)者 Livingston研究開(kāi)發(fā)了 EMB 。廢水與活性污泥被膜隔開(kāi)來(lái)，廢水在膜內(nèi)流動(dòng)，而含某種專(zhuān)性細(xì)菌的活性污泥在膜外流動(dòng)，廢水與微生物不直接接觸，有機(jī)污染物可以選擇性透過(guò)膜被另一側(cè)的微生物降解。由于萃取膜兩側(cè)的生物反應(yīng)器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨(dú)立，各單元水流相互影響不大，生物反應(yīng)器中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微生物生存條件不受廢水水質(zhì)的影響，使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運(yùn)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(yīng)器是在水處理領(lǐng)域中研究得最為廣泛深入的一類(lèi)膜 -生物反應(yīng)器，是一種用膜分離過(guò)程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術(shù)。在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)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(lài)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(yùn)行狀況，改善污泥沉降性必須嚴(yán)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(yīng)速率。

水力停留時(shí)間( HRT )與污泥齡( SRT)相互依賴(lài)，提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)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(zhì)惡化。

針對(duì)上述問(wèn)題， MBR將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，MBR實(shí)現(xiàn)污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)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(shì)菌群 ) 的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率。同時(shí)，通過(guò)降低 F/M比減少剩余污泥產(chǎn)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(wèn)題。

膜--生物反應(yīng)器主要由膜分離組件及生物反應(yīng)器兩部分組成。通常提到的膜--生物反應(yīng)器實(shí)際上是三類(lèi)反應(yīng)器的總稱(chēng):

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

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

③ 固液分離型膜--生物反應(yīng)器(Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor, SLSMBR, 簡(jiǎn)稱(chēng) MBR)。

曝氣膜

曝氣膜--生物反應(yīng)器(AMBR)最早見(jiàn)于Cote.P 等1988年報(bào)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(diǎn)( Bubble Point)情況下，可實(shí)現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無(wú)泡曝氣。該工藝的特點(diǎn)是提高了接觸時(shí)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(shí)間的因素的影響。

萃取膜

萃取膜--生物反應(yīng)器，又稱(chēng)為EMBR(Extractive Membrane Bioreactor)。因?yàn)楦咚釅A度或?qū)ι镉卸疚镔|(zhì)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(dāng)廢水中含揮發(fā)性有毒物質(zhì)時(shí)，若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過(guò)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(huì)造成大氣污染。

為了解決這些技術(shù)難題，英國(guó)學(xué)者Livingston研究開(kāi)發(fā)了EMBR。廢水與活性污泥被膜隔開(kāi)來(lái)，廢水在膜內(nèi)流動(dòng)，而含某種專(zhuān)性細(xì)菌的活性污泥在膜外流動(dòng)，廢水與微生物不直接接觸，有機(jī)污染物可以通過(guò)選擇性透過(guò)膜被另一側(cè)的微生物降解。由于萃取膜兩側(cè)的生物反應(yīng)器單元和廢水循環(huán)單元是各自獨(dú)立，各單元水流相互影響不大，生物反應(yīng)器中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微生物生存條件不受廢水水質(zhì)的影響，使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運(yùn)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(yīng)器是在水處理領(lǐng)域中研究得最為廣泛深入的一類(lèi)膜--生物反應(yīng)器，是一種用膜分離過(guò)程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術(shù)。

在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)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(lài)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(yùn)行狀況，改善污泥沉降性必須嚴(yán)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(yīng)速率。水力停留時(shí)間(HRT)與污泥齡(SRT)相互依賴(lài)，提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)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(zhì)惡化。

針對(duì)上述問(wèn)題，MBR將分離工程中的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)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(shì)菌群)的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率;同時(shí)，通過(guò)降低F/M比減少剩余污泥產(chǎn)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(wèn)題。