污水处理中膜技术综述

污水处理 中 膜技术综述 陈凛涛 摘要 ： 随着 社会、经济的发展，人们在对水的需求增大的同时对水的污染也在加剧， 使得本来有限的水资源变得更加紧缺。 在很多地方水资源短缺成为制约经济发展的瓶颈 ， 将污水处理净化后回用是解决这一问题的有效途径，近年来膜技术在污水资源化方面发挥越来越重要的作用， 膜技术提供了广泛的模块化和灵活的处理解决方案， 可以通过 不同膜技术的 集成组合将污水处理到所需要的净化程度，本文重点 介绍 膜分离技术和膜生物反应器 。 述 膜技术主要包括膜分离技术和膜生物反应器。 膜技术被称为是 21 世纪的水处理技术，是近 40 年来发展最迅速、应用最广泛的技术。膜技术在水处理中应用的基本原理是：利用水溶液 (原水 )中的水分子具有透过分离膜的能力，而溶质或其他杂质不能透过分离膜，在外力作用下对水溶液 (原水 )进行分离，获得纯净的水，从而达到提高水质的目的。与传统水处理技术相比，膜技术具有节能、投资少、操作简便、处理效率高等优点，膜技术的应用给人类带来了巨大的环境和经济效益。膜技术在水处理中的应用范围相当广泛，既可用于给水处理也可用于废水处理，在某些特殊行业的水处理中也有涉足，且其应用规模在不断扩大 。 术 通常把 以天然或人工合成的选择性透过膜为分离介质，以外界能量或化学位差作为推动力，对双组份或多组分溶质和溶剂进行 分离、粉剂、提纯和富集的方法 统称为膜分离法。 膜分离的优点在于工艺流程短、占地少，小型化系统放置场所不受限制；出水 、磷和悬浮 固体浓度很低，不含细菌、病毒、寄生虫卵等，出水符合三级处理标准。 可直接回收或补充地下水。 目前常见的膜分离法主要有：微滤 (超滤 (反渗透 (纳滤 (电渗析 (渗析 (D)、渗透蒸发 (液膜 (。前四种膜分离技术 因为 其膜过程的装置、流程设 计都相对较成熟，已有大规模的工业应用和市场，是最常用的四种膜分离技术。 下面我着重介绍这四种膜分离技术。 滤 微滤膜 （ 是指一种孔径为 0 m，高度均匀，具有筛分过滤作用为特征的多孔固体连续介质，其具有属于绝对过滤介 质、孔径均匀，过滤精度高、通量大、厚度薄，吸附量小、无介质脱落，不产生二次污染、颗粒容纳量小，易堵塞的特点。 微孔过滤是以静压差为推动力，利用筛网状过滤介质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程，其原理与普通过滤相类似 。实验证明，微滤产水水质稳定，产水 值 菌总数平均 620度平均 于国标 水再生利用设计规范中规定的城市杂用水和景观环境用水的水质标准。由于单纯的微滤技术用于水和废水处理的成本较高、处理效果欠佳，因此有必要采用组合微滤工艺降低运行费用并提高处理效果。 滤 超滤膜 （ 是一种孔径规格一致，额定孔径范围为 滤膜筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。每米长的超滤膜丝管壁上约有 60 亿个 米的微孔，其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过，而最小细菌的体积都在 米以上，因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被 超滤膜截留下来，从而实现了净化过程。 渗透 反渗透技术 ( 20世纪 60年代初发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术。该技术是从海水、苦咸水淡化而发展起来的，通常称为“淡化技术”。 当用一个半透膜分离两种不同浓度的溶液时，膜仅允许溶剂分子通过，由于浓溶液中溶剂的化学势低于它在稀溶液中的化学势，稀溶液中的溶剂分子会自发地透过半透膜向浓溶液中迁移。 反渗透技术已广泛应用于海水苦咸水淡化， 纯水、超纯水制备，化工分离、浓缩、提纯等领域， 工程遍布电力、电子、化工、轻工、煤炭、环保、医药、食品等行业 。 滤 纳滤膜 (称“疏松型”反渗透膜，是介于反渗透膜与超滤膜之间的一种压力驱动型膜。其表面由一层非对称性结构的高分子与微孔支撑体结合而成，对水溶液中低分子量的有机溶质截留，而盐类组分则部分或全部透过，从而使有机溶质达到同步浓缩和脱盐的目的。 最主要的特征就是能够截留大分子量有机物和多价离子，允许小分子有机物和单价离子通过。 是膜的筛分效应：若物质分子量在膜截留的分子量范围内，将被膜截留，反之则透过，纳滤膜的截留分子量约为 200 2000；二是膜的电荷效应 ： 表面分离层由聚电解质构成，膜表面带有一定的电荷，膜所带电荷与离子发生静电作用，阻碍多价离子的渗透，所以单价盐可以较自由透过纳滤膜，使得膜两侧因离子浓度不同而造成的渗透压差远远低于 。 膜生物反应器 (由膜分离和生物处理组合而成的一种新型、高效的污水处理技术 ，主要由生物反应器、膜组件（微滤、超滤、纳滤或渗透膜等）和控制系统三部分组成。生物反应器是污染物被降解的场所，膜组件是 核心部分。 具有出水水质优异，操作运行简单，污泥产率低，占地面积小等特点。 膜分离技术最早应用于微生物 发酵工业，随着膜材料和制模技术的发展，其应用领域在不断扩大，已经涉及化工、电子、轻工、纺织冶金、食品和污水处理等多个领域。 生物反应器类型： （ 1） 按膜组件所起作用分类 膜生物反应器可分为三类：膜分离生物反应器、膜曝气生物反应器、萃取膜生物反应器。其中，膜分离生物反应器是应用最广泛的一种膜生物反应器类型。 （ 2） 按照膜组件放置方式 膜分离生物反应器 可分为分体式和一体式膜生物反应器 。 分体式 外置式 )是研究最早的类型，膜组件与生物反应器分开设置，相对独立运行，易于调节控制，而且膜组件置于反应器外，易于膜的清洗、更换及增设。为了减轻悬浮物在膜面的沉积，采取高速错流过滤，动力消耗较高。分置式 较适合处理难生物降解、高有机浓度以及有毒的污水，在工业废水处理中应用较多。 一 体式 浸没式 )比较简单，直接将膜组件置于生物反应器内，出水由泵吸出得到过滤液 。一 体式 用曝气形成的强烈搅拌作用来实现膜面的错流效果，也有在一体式膜组件附近进行叶轮搅拌或靠膜组件自身旋转来实现膜面错流 效应 。一体式 出现 ，大幅度降低了处理系统的能耗和占地面积。为减少膜面污染、延长运行周期，泵的抽吸是间断运行的。一体式 城市污水处理厂具有较强的竞争力。 （ 3） 按需氧方式分类 根据生物反应器中微生物生长需氧情况的不同分为好氧和厌氧两大类。好氧要是针对城市污水和生活污水的处理；厌氧 要是针对高浓度有机废水的处理。厌氧过程可提高高浓度有机废水的可生化性，改变难降解有机物的分子结构，利于后续好氧 理，显著提高有机物去除率。 膜污染是指在膜过滤过程中污水中的微粒、胶体粒子或溶质分子与膜发生物理化学作用或因为浓差极化使某些溶质在膜表面超过其溶解度及机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞使膜产生透过流量与分离特性发生变化的现象。膜污染问题是一个突出的问题，它将影响膜的稳定运行和出水水质并决定膜的使用寿命。因此被认为是影响膜工艺实际应用的关键因素。膜污染主要是由于膜孔的堵塞和膜表面污染物的沉积引起的，影响膜污染的因素主要包括膜的性能、混合液的性质、混合液的水利特性。 膜技术是一项具有发展前途的新型水处 理技术，以其优质的出水水质，在水质要求高、有更深处理要求、污水浓度高、有废水回用要求或需要地下水回灌且占地受限时特别适用。虽然现在膜技术面临着能耗较高和膜污染等困难，但是随着制膜技术的进步，成本的降低，膜技术一定会大规模普及，在很多领域发挥它的作用。而且现在膜技术也不局限于单个技术，可以通过不同的组合 形成膜组件，发挥最大的效益。 参考文献： 1 张鸿斌 ,杨丽丽 城市道桥与防洪 ,2011,(11)：852 刘娉 ,罗麟 . 膜技术在国外污水处理中的应用 2008， 34(增刊 )： 123 张跃峰，唐志嚷，王兴，等膜生物反应器在水处理中的应用及其发展云南环境科学， 2005， 24(2):134 黄翠芳，孙宝盛 生物反应器与传统活性污泥工艺的比较研究工 业用水与废水 ,):95 杨帆，宋志伟膜生物反应器在污水处理中的应用现状及展望污染防治技术， 2006，19(5)： 366 陈福泰，范正虹，黄霞膜生物反应器在全球的市场现状与工程应用 008， 24(8)： 147 黄霞，曹斌，文湘华，等膜 生物反应器在我国的研究与应用新进展环境科学学报， 2008(3):468 郑祥，朱小龙 境污染治理技术与设备 ,2000， 1(5)： 129 魏源送 ,郑祥 ,刘俊新 . 国外膜生物反应器在污水处理中的研究进展 2003,23(1):110 郑祥，樊耀波 环境污染治理技术与设备 ,2000,1(5):1211 郑祥 ,刘俊新 . 膜生物反应器的技术经济分析 2002,28(3):10512 张玲 . 膜生物反应器 (污水处理中的应用 . 山西建筑 ,2007,33(34):19713 鲁敏 ,曾庆福 ,张跃武一种新型生物膜反应器处理污水的研究中国给水排水 ,2004,17(4)： 514 王建龙 ,彭永臻 ,