膜过滤在水处理系统中的应用 (2)

1、膜过滤在水处理系统中的应用膜过滤在水处理系统中的应用主讲：李波前言前言随着环境污染和水资源紧缺问题日益受到重视，工业废水与城市污水处理已进一步向深度处理发展，污水水质提标、中水回用已成为环保公司经常面对的问题。膜过滤技术以其特有的优势在这一应用领域得到长足的发展。 废水处理较净水工业应用有较大的难度， 在废水处理中我们常见的膜过滤应用有：膜技术与生化处理相结合的膜生物反应器，二沉池出水经微滤+超滤、超滤+反渗透、超滤+纳滤进一步深度处理后回用的膜组合系统。这就更加迫切的要求我们去全面了解膜过滤技术。本文讲到的内容有以下几个方面： 膜的分类、超滤膜及分类、MBR、膜组合应用案例、膜元件的污染防治

2、第一部分：什么是膜过滤，膜的分类第一部分：什么是膜过滤，膜的分类 定义：膜过滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以膜为过滤介质，在一定的压力下，实现对原液进行分离和浓缩的目的。 分类：膜根据其孔径分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜。这种排序是按照过滤膜的孔径逐渐变小，过滤精度逐渐变高来排列的。 微滤膜孔径在0.1m1m，超滤膜孔径在0.01m0.1m，纳滤膜孔径在0.001m0.01m，反渗透膜孔径0.001m。详见下图图1。第二部分：各种膜介绍及其在水处理的应用领域第二部分：各种膜介绍及其在水处理的应用领域反渗透膜（RO) 主要功能是脱盐，截留化学离子，当然细菌、

3、真菌、病毒体也不能通过，随废水排出，只允许体积小于0.0001微米的水分子通过，脱盐率大于90%，操作压力在0.710MPa。应用领域:1、纯水制备、超纯水制备 2、海水和苦咸水淡化 3、锅炉用水软化 4、 废水回用的末端纯化。纳滤膜(NF) 由反渗透膜（RO）发展来的一种超低压膜，分离范围介于反渗透膜和超滤膜之间，操作压力一般为0.52.0MPa，能耗少，运行费用低，脱盐率5070，有机物的去除率大于90,操作压力在0.53MPa。应用领域:1、水除硬度 2、废水除有机物、色度 3、油水分离 4、乙二醇回收 5、硫酸铜回收6、有机、无机液体分离、浓缩 7、染料提纯、浓缩 8、天然药物分离、浓

4、缩 9、发酵液浓缩 微滤膜（MF) 微滤膜主要是截留悬浮物去除微粒和细粒物质。微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，但会截留悬浮物，细菌，及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为：0.03-0.7MPA应用范围： 1、医药行业的过滤除菌2、食品工业的应用（明胶的澄清、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、牛奶脱脂、饮用水的生产等）3、反渗透和纳滤工艺的前处理4、水库、湖泊、江河等地表水中藻类和颗粒性杂质的去除 . 超滤膜(UF) 超滤膜是孔径只有一根头发丝的1！能筛出大于孔径的溶质分子，能截留0.01um以上的粒子。作用十分广泛，几乎所有行业的水处理都能用到它

5、，如在工业用水的除细菌、热源、胶体、悬浮杂质及大分子有机物;在饮用水中用;矿泉水净化，纯水与超纯水制备的前端处理等，用于发酵、酶制剂工业、制药工业的浓缩、纯化与澄清;果汁浓缩、分离;大豆蛋白、乳品、制糖工业、酒类、茶汁、醋等的分离、浓缩与澄清;工业废水与生活污水的净化和回用;电泳漆的回收等行业。很显然，通过我们对膜的简要了解发现：在我们的水处理行业中更多的用到了超滤膜，下面就超滤膜给予较为详细的讲解。第三部分：第三部分： 超滤膜的分类超滤膜的分类 3.1,按超滤膜的外观表现形式：平板膜:帘式膜：卷式膜:管式膜: 中空膜:3.2,按运行方式分类：外压式运行：内压运行：3.3,按膜丝过滤结构分为：

6、过滤层=皮层（皮层就是超滤膜的过滤面）单皮层结构（内单、外单）双皮层结构3.4,按与流体相对位置分为：浸没式外置式3.5,按膜材质分为有机膜PVC复合聚氯乙烯 PP：聚丙烯PE：聚乙烯PS：聚苯乙烯PSA：苯乙烯-丙烯腈共聚物无机膜 金属、金属氧化物、陶瓷、无机高分子材料等制成的膜。第四部分：超滤膜在污水处理中的扩展应用第四部分：超滤膜在污水处理中的扩展应用-MBR MBR - 超滤 外压式 PVDF 单皮层 （ 浸没式 外置式）4.1 MBR工艺原理： MBR(Membrane Bio-Reactor)一种简单高效的污水处理装置,它是膜分离与污水处理的生物反应器相结合，形成的一种新的污水处理

7、装置，他综合了膜处理技术和生物处理技术的优点。他利用MBR中活性污泥及在活性污泥上的微生物群体所吸附并分解废水中的可溶性有机污染物达到净化废水的作用。MBR膜组件作为泥水分离单元，极大缩小沉淀池体积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体和较大分子有机物，使之停留在生物反应器内，使反应器内获得高生物浓度，并延长有机固体停留时间，极大地提高了微生物对有机物的氧化率。膜生物反应器系统内活性污泥（MLSS）浓度可提升至800010,000mg/L，甚至更高；污泥龄(SRT)可延长至30天以上，可保留世代周期较长的微生物，实现对污水深度净化，同时硝化菌在系统内能充分繁殖，其硝化效

8、果明显，对深度除磷脱氮提供可能。 4.2 MBR的优点： 1、高效地固液分离,效果远好于传统沉淀池,出水水质良好,悬浮物和浊度接近于零,可直接回用,实现了污水资源化。 2、膜的高效截留作用,使微生物完全截留在生物反应器内,实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离,运行控制灵活稳定。 3、在回用水系统中，取代了传统三级预处理的全部工艺设施（石英砂、活性炭、微滤）,因此可大幅节省投资并减少占地面积,。 4、利于硝化细菌的截留和繁殖,系统硝化效率高。通过运行方式的改变可有脱氨和除磷功能。5、由于泥龄可以非常长,从而大大提高难降解有机物的降解效率。6、反应器在高容积负荷、低污泥负荷

9、、长泥龄下运行,剩余污泥产量极低,理论上由于泥龄可无限长,可实现零污泥排放。 7、系统可实现PLC控制,操作管理方便4.3，MBR在运行中的常见缺点 膜丝的堵塞、 膜丝的断裂漏浆而失效 膜元件的生物污染 如何避免这些发生将在第五章膜污染防治中提到第五部分，膜污染防治第五部分，膜污染防治膜在废水和中水应用中的效果不容质疑，出水水质也是得到了业界的广泛一致认同，但在应用过程中出现了使用成本高、寿命短、污染堵塞严重，断丝漏浆等让用户和工程公司头痛的问题，让许多工程公司和用户望而却步！膜元件的污染主要是悬浮物胶体污染堵塞、 难溶盐-（RO）污染堵塞，微生物污染堵塞、膜元件断裂破损、做好污染堵塞防治工作

10、的关键是在不同的应用场合选择不同的膜元件和不同的运行方式并做好污染防治配套设备，从以下7个方面进行交流。5.1，膜元件材质的选择 有机膜 1、PVC，复合聚氯乙烯。强度高，不易断丝，亲水性好.价格适中性价比最好。2、PES，聚醚砜。主要是，耐高温，生物融合好，适合特殊物料分离，浓缩提纯，这种材质价格很高。3、PAN，PP 材质，这种材质，起步很早，技术稳定，膜丝相对比较弱，价格低廉，应用广泛。4、PVDF。材质，这个材质，公认的最好膜材质，应用废水处理比较多。 无机膜1、热稳定性好，能长期在几百度的高温下工作。2、化学稳定性好，能适应各种PH范围的液体。3、流道宽（内压运行）不容易堵塞。4、较

11、有机膜相比材质的使用寿命长。5.2，膜外观表现形式的选择 1，平板膜 MBR系统中常用，结构性好不易破裂漏浆，但单位膜面积小占地大。需选用好的系统集成商做好膜污染防治措施。 2，帘式膜 MBR系统中常用，单位膜面积大占地小，易断丝，需选用品牌供货商提供好的材质保证并选用有经验的系统集成商做好膜污染防治工作。 3，卷式膜 一般用于上水处理，出水水质非常高且稳定，但不能反向冲洗，若要系统长期稳定且高效使用将对系统集成商的设计能力和使用经验要求较高。 4，管式膜 一般的管式膜膜为无机膜，无机膜的优点都具备，但单位膜面积小，膜元件价格极高投资成本大。 5，中空纤膜 帘式膜是中空膜。5.3，膜运行方式的

12、选择 1，内压式 上水处理中应用较多，通量大，过滤效果好，容易堵塞 2，外压式 污水废水处理中应用较多，过滤效果好且不容易堵塞，但错流量大。5.4，膜丝过滤结构的选择双皮层 多为内压运行，也可外压运行，上水处理应用较多，通量较小，双层过滤效果更佳，但容易皮层间内堵。单皮层 多为外压运行，污水废水处理上应用较多，通量大，衰减小，冲、反洗效果好，但容易发生生物污染，要做好生物污染防治工作。详见 中国科学院单皮层中空纤维超滤膜及其应用5.5， 与流体相对位置 浸没式 需要专门的膜池 负压运行方式，单位过滤面积通量较小 ，反洗、冲洗、化学洗都相对麻烦，一般需吊出膜池清洗。 外置式 无需膜池 正压运行，

13、单位过滤面积通量大，反洗、冲洗、化学洗都简单可在线完成，但要有经验的系统集成商进行专业设计以防止污染堵塞。5.6，污染防治措施的选择 1、 在线清洗及反洗、 正、反向大水流冲洗及与过滤方向逆向的反冲洗。 2、定期化学清洗 根据膜元件的污堵情况采用不同的化学药剂进行定期化学除垢，保持膜通量。 3、冲击性杀菌 根据运行环境的变化对膜进行微生物的冲击性处理。 4、在线药剂的投加 根据膜系统的进水水质适时的投加膜保护药剂非氧化性杀菌剂、还原剂、阻垢剂 5、电控系统的优化 通过电控的优化来改变诸如冲、反洗时间、曝气时间、停机时间、加药频率，压力与运行方式的关系，流量与运行方式的关系等来优化膜系统，当然这

14、要求系统集成商的丰富经验。5.7，膜结构及运行方式上的创新膜结构及运行方式上的创新是我们为了保持良好的膜过滤效果同时与膜污染不断抗衡而获得的成果，下面就一些创新给予讲解；，污染物附着在膜丝上膜的浇铸端采用双层浇铸，上层为硬胶，下层为软胶。硬胶用于固定住膜丝，软胶对膜丝根部与胶层起到柔性连接的作用，防止断丝发生。，气水混合液氧化、吹脱掉染物 膜的下端膜丝堵孔处理，不进行浇铸，外压运行。在气液混合的状态下可以随意摆动，降低污染物在膜丝上的附着概率。创新的超滤膜组件结构能够适应高浊度和悬浮物的水质状况，特别是针对高悬浮物的煤矿矿井废水，从膜丝组件结构-运行工艺的整个过程对超滤系统进行的创新让该创新的

15、超滤膜系统在恶劣水质条件下正常稳定运行提供了保障并且简化了系统的配置方案降低了系统的费用。说明如下：第六部分：膜组合系统在污水、中水方面的案例第六部分：膜组合系统在污水、中水方面的案例 随着环境污染和水资源紧缺问题日益受到重视，工业废水与城市污水处理已进一步向深度处理发展，中水回用已得到逐步地推广。膜过滤以其特用的优势在这一应用领域得到发展，有膜技术与生化处理相结合的膜生物反应器，有将二沉池出水经超滤或超滤+反渗透进一步深度处理后回用的。废水处理较净水工业应用有较大的难度，对膜提出了更高的要求，但从目前的应用来看已展示出广阔的应用前景。1，某五星级酒店洗浴废水+中水回用 废水源：酒店洗浴废水

16、处理前：COD：200mg/L 处理后：COD：20mg/L,SS1mg/L色度：1度 处理成果：回用水完全用于冲厕，灌溉。 工艺流程：毛发收集器+水解调节池+MBR 总结：MBR的应用不但缩小了生化的占地空间，还极大地提升了生化效果和出水水质，适合于酒店地下车库和地势狭小的场所。2，某垃圾填埋场渗滤液 废水源：垃圾渗滤液 处理前：氨氮：1000mg/L ,COD：8200mg/L,SS：800mg/L 处理后：氨氮：4mg/L ,COD：36mg/L,SS：1.2mg/L 处理成果：达标排放，回用水用于绿化，灌溉。 工艺流程：物化+生化+MBR+超滤+纳滤 总结：MBR的应用对生化效果提升有

17、巨大帮助，超滤的应用避免了MBR的漏浆给纳滤提供保险措施，纳滤的应用减少了膜分离浓水的比例和浓度。3，某特种建材厂废水回用 废水源：生产线工艺废水 处理前：PH：4 ,SS：800mg/L,电导率：1170us/cm2 处理后：PH：6.9,氨氮：4mg/L,电阻率：10us/cm 处理成果：回用水大部分用于生产线，部分用于锅炉用水补给。 工艺流程：PH调节+混凝沉淀+微滤+超滤+RO 总结：微滤+超滤提升了出水品质。RO的应用满足了锅炉用水的进水需求。4，某电泳漆厂废水+中水回用 废水源：电泳漆废液，电泳件冲洗废水，电泳件前处理废水 处理前：COD：10000mg/L 处理后：COD：50m

18、g/L,SS500NTU 处理后：浊度50NTU 处理成果：回用水完全用于碳化硅生产线 工艺流程：碳化硅废水-集水池-压滤机-沉淀池-袋式过滤器-气水混合超滤膜-出水 总结：超滤的应用对浊度的去除很高，保证出水水质安全稳定。超滤在水处理中如正常发挥作用超滤在水处理中如正常发挥作用 当超滤膜在使用时，由于其对水或溶液中细菌、微生物、胶体、悬浮性固体及可溶性高分子化合物具有极高的截留效果，沉积于膜表面形成污染，使膜的透过性能和截留性能恶化。此外细菌、微生物的附着，其代谢产物在膜表面形成黏液。这些因素都将导致超滤膜性能降低。因此，必须根据超滤过滤的客观规律运行，使超滤处于最佳工作状态。 膜材料的优选

19、超滤膜材料众多，国内可供选择的中空纤维（毛细管）型超滤膜，主要材料为聚氯乙烯（PVC)聚砜（PS）、聚丙烯腈（PAN）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯等（PVDF）等。近年来有以拉伸力著称的聚丙烯微孔滤膜中空纤维，其制造成本低廉，但实际上其长形网状孔尺寸较超滤膜大12个数量级，长形孔的变形使细菌、微生物泄漏率可达50以上，对胶体及微粒截留效果较差。 聚砜以其独特的化学稳定性、较高的抗氧化性、较宽的pH值使用范围（pH113）、耐热性能好等因素而被首选。但聚砜属疏水性膜、透水性能低、对某些物质吸附性能强，在水处理应用中有一定局限性。聚丙烯腈膜耐溶剂性、耐热性、对日光及大气的稳定性，特别是成膜性能良

20、好、对制备孔径均一的超滤膜是极为有利的，轻度的极性于某些废水的处理，在国外超滤膜领域中优先生产，占有较大的比例。我国近年来在纯水制备的大规模使用中已成功的应用。膜的透水性能、截留性能均已达到较高的水平。膜微结构的选择膜断面结构有单皮层指状孔结构与双皮层针状孔结构两种。当较小物质穿过单皮层指状孔结构时，即可从另一侧透出，不致引起微孔的堵塞。而双皮层针状孔结构如小分子能透过一侧皮层，进入膜孔内部时，有可能被另一侧皮层截留而留存于膜内形成堵孔。但双皮层针状孔结构有利于反冲洗。在选用双皮层针状孔结构超滤膜时在满足透水量的同时应选择切割分子应小于被截留溶质分子约一个数量级。用作矿泉水与纯净水预处理时应选

21、取双皮层针状孔结构毛细管式超滤膜，切割分子量在12万左右，对细菌、微生物、胶体都有良好的分离性能，并且有利于反冲洗。 组件结构的选择当溶液中可被截留的溶质浓度较小时，组件结构有较大的选择余地，而溶质浓度较大时，带有隔网的卷式膜组件易于在膜表面沉积而不宜采用。实际上，在水处理工程中最多采用内压型毛细管或中空纤维超滤膜组件，有利于提高管内流速而达到减少沉积堵塞现象。如若提高流速则阻力损失较大。因而宜选用较大直径毛细管膜，有利于流速的提高。以XX公司聚丙烯腈毛细管膜为例，其内径为0.81.4mm，外径1.42.3mm，原水只需通过40目筛网过滤即可，即机械杂质不大于毛细管内径即可通过。 选择适当直径的毛细管膜，达到必要的流速，有利于减少溶质在膜表面的沉积，这对于超滤膜的正常运行是必要的。 超滤膜设备装置的选择实践证明，超滤膜能截留大部分溶质，因而必须在错流状态下工作，即原水沿膜表面切向流动，被截留溶质切向流过膜表面，形成浓缩液而排出，因而在正常操作情况下必须不断排放浓缩液。一般排放量约占原水的10，此种操作膜表面流速低于0.1ms，特别是透水量较高的膜，溶质更多的截留于膜表面，堵塞几乎是不可避免的。为此必须增加浓缩液的排放量达原液的50以上。为使原