膜技术在生活污水中的应用.doc

沈 阳 大 学研究生课程论文课程名称： 膜技术在环境中的应用教师姓名： 陈红亮 学生姓名： 王士满 学生学号： 130830000088 学生专业： 环境科学与工程 日 期: 2014 年 6 月24 日 膜技术在生活污水中的应用王士满1(1. 沈阳大学环境学院, 辽宁 沈阳 110044)摘 要：水是人类最重要的资源之一，通过膜技术对生活污水进行处理，进而回收利用处理之后的生活污水，极大的解决了我国的水资源短缺问题。本文介绍了膜技术，系统的阐述了微滤、超滤以及动态膜等技术对生活污水的净化原理、优缺点以及应用。同时指出了膜技术在处理废水中存在的主要问题,并对膜技术处理废水的发展前景作了展望。关键词：膜技术 超滤 微滤 动态膜 生活污水Application of Membrane Technology in Domestic Sewage TreatmentWang Shi-man1(1.ShenYang University, ShenYang 110044 )Abstract: Water is one of the most important resources for humans, processi-ng domestic sewage by membrane technology, then recycling and utilizing tre-ated sewage which is the great solution to the problem of water shortages inour c-ountry. This article describes the membrane technology, expound the mi-croporo-us filtration, ultrafiltration and dynamic membrane technology for sew-age purification principles, advantages and disadvantages and applications syst-ematicly. Atthe same time, we point out that the main problem of membrane-technology exsit in wastewater treatment , and forecast the future developm-ent of membra-ne technology in wastewater treatment.Key words: membrane technology microporousfiltration ultrafiltration dynamic membrane domestic sewage1 引言水是人类社会赖以生存的最重要物质条件之一。在我国，人口和供水量逐步增加的状况下，排水量也逐年上升，所排的城市污水进人水体造成天然供水水源的污染呈日益严重趋势，这对水源本身紧缺的地区，造成的危害更加显著。随着城市化的趋于完善，城市生活污水在整个城市污水中所占比重越来越大，从25 % - 30%至接近和超过50%，城市生活污水也成为重要和主要的污染源。目前我国的城市生活污水处理占城市污水总排放量不到25%，污水回用量占处理的30%以下，生活污水处理率远低于发达国家水平，回用率与发达国家相比差距就更大。水源的短缺和人为污染直接影响工业生产总值每年达2000亿元，如不采取有效措施节流和治理，21世纪水源问题必将成为威胁生存和制约可持续发展的重要因素。生活污水的处理及回用，开始变得越来越重要1。膜技术因其具有可靠的出水水质、简捷方便的操作方式等特点而引起了水处理界的广泛重视2。膜分离技术是利用膜对混合物各组成选择性渗透的差异，来实现分离、提纯或浓缩的新型分离技术。溶液中各组分通过膜的渗透能力取决于分子本身的大小与形状，分子的物理化学性质，分离膜的物理化学性质以及渗透组成与分离膜的相互作用。与其它物理化学处理废水方法相比，膜技术应用于废水处理上有其一系列特点和优势:分离机理简单，分离系数大，节能环保，无相变化和温度变化；对被处理物无形态或化学影响，无二次污染，可以在常温下进行连续操作，可以直接放大，容易自控和维修，设备紧凑、占地面积小。同时，可以直接实现水循环利用，污染物可在无化学或物理变化的情况下被“脱水”和浓缩，而处理后的水或回收的物料可直接回用到生产工艺中去3。膜技术分为反渗透、微滤、超滤、液膜、电渗析等，在膜技术中，根据不同的分离要求采用不同的过滤膜。对工业废水一般采用纳滤(NF)、反渗透(RO)膜处理，对城市生活污水主要采用微滤(MF)、超滤(UF)膜处理。2. 膜技术在生活污水中的应用2.1膜技术在污水处理中的应用探索20世纪60年代末，最早有人尝试用超滤膜和活性污泥法生物反应器相结合处理生活污水的研究。到了80年代中期，膜生物反应器的研究工作有了较快的发展，日本已开始在大楼废水处理中使用膜技术，并把处理水作为中水回用。同时一体式膜生物反应器的概念也被提出，并先后在日本、泰国进行了生活污水处理的实验。从90年代到现在，法国、德国、英国等西方发达国家已逐步把膜技术在水处理中的实践提升到了工业应用的水平。目前，陶瓷膜生物反应器技术在污水处理和回用领域的应用，作为九十年代以后国际环境工程和无机膜应用领域的热点课题，也为国内一些科研单位所关注，并展开了一系列研究和实验工作。但至今仍处于试验室研究阶段，还未有关工业化报道4-9。2.2微滤处理生活污水微滤(MicroporousFiltration，简称MF)是以筛孔原理为主的薄膜过滤，在外给压力下，溶剂、水、盐类及大分子物质均能透过膜，仅微细颗粒和超大分子物质被阻留下从而达到分离净化的目的。在处理市政污水厂二级出流的错流式MF中，以纺织聚醋为原膜，KMn04和HC00Na反应生成MnOZ沉淀形成动态膜，孔径减少到2林m以下，膜表面电荷改变，颗粒物和Mn02动态膜之间静电排斥作用有效改进了膜的工作性能，MnOZ沉淀能形成氢键而具有亲水特性，使污损问题减轻，从而提高滤通量、延长工作时间，滤过液浊度可稳定在0.2度以下10。黄海林等人采用微滤技术对二级生化处理后的生活污水进行以回用为目的的深度处理中试研究，产水水质稳定，化学耗氧量(CODCr)的平均值为23.3 mg L，细菌总数平均620 cfu mL，浊度平均1.03NTU，水质优于回用水的水质标准11。2.3超滤处理生活污水超滤(UltraFiltration，简称UF)是溶液在压力作用下，溶剂与部分低分子量溶质穿过膜上微孔到达膜的另一侧，而高分子溶质或其它乳化胶束团被截留，实现从溶液中分离的目的。它的分离机理主要是靠物理的筛分作用。它主要应用于生活污水、含油废水、纸浆废水、染料废水等废水处理。超滤材料大多数是有机高分子膜，目前无机膜材料也开始制备和应用。刘静伟等(1998年)设计了以超滤装置为主的水回用处理流程，如，洗浴水叶前处理叶超滤处理叶后处理叶回用，可有效地去除洗浴水中含有的大量皮肤分泌物、合成洗涤剂、污垢和香料等物质，以及水中的细菌、真菌、大肠杆菌和病毒等物质，达到回用的水质要求12。杨磊等(1999年)设计了一种新型的一体化外压中空纤维超滤膜生物反应器，将裸露的膜纤维束置于活性污泥反应器内，水下曝气直接冲击抖动膜纤维，以防止膜面沉积13。王琦等人研究了絮凝-超滤组合技术对生活污水的净化效果。实验结果表明，经聚合氯化铝(PAC)絮凝处理后的生活污水，COD去除率可达79%，GM2540C超滤膜对细菌总数截留率在95%以上，COD的去除率超过85%，处理后的生活污水达到生活杂用水水质(GB / T18920 -2002)部分要求14。2.4动态膜处理生活污水动态膜(DM)，是指采用某种固体微粒或反应中形成某种固体微粒，通过循环使其沉淀在多孔支撑体表面上形成新膜，或通过预涂剂或活性污泥在多孔支撑体表面形成新膜，从而改进多孔支撑体的过滤性能，也叫动态形成膜或原位形成膜。形成动态膜的物质可以是无机水合氧化物胶体或有机高分子物质，这类膜可以具有反渗透、纳滤、超滤或微滤的分离效果15。普遍认为，动态膜的过滤是靠筛分作用。Kuberkar等针对自生动态膜提出大颗粒与小颗粒双扩散(bidisperse)的筛分过程理论16，即大颗粒在膜面形成的污泥层，同时扮演着袋式过滤器的角色，可以捕获和筛分小颗粒物质。Al-Malack提出两阶段理论。第一阶段，多孔支撑体对胶体物质没有选择性，孔隙被悬浮的胶体物质堵塞，过滤过程符合过滤标准定律；第二阶段，膜孔完全被堵塞后，膜表面形成了污泥层，符合滤饼过滤模式17。韩国国立昌原大学的Seo18等采用无纺布构建动态膜生物反应器处理生活污水，采用重力自流出水，反应器处理出水55和CODcr浓度平均为3.2mg几和15 mg/L、13mg几，平均去除率分别为92.3%和91.6%，总氮和总磷的去除率分别66%为23%。清华大学的范彬19-21对动态膜生物反应器处理城市污水进行了研究，采用0.1rnrn孔径的聚酞醋筛绢构建一体式动态膜生物反应器(DMBR)处理实际城市污水。研究表明当HRT为3.5h时，出水水质良好，在多数情况下55为0，对氨氮的去除率大于%，动态膜生物反应器连续运行27d，出水水头无明显改变。山东大学的邱宪锋22利用动态膜生物反应器处理生活污水并对反应器中动态膜的结构和作用进行了研究。结果表明，出水水头为8cm的条件下，100min以后出水水质趋于稳定，动态膜基本形成。稳定运行状态下，动态膜生物反应器对COD、氨氮和总氮的总平均去除率分别为78.4%、95.0%、40.0%，生物动态膜主要由丝状菌、杆菌、球菌及其分泌物组成。清华大学的吴盈禧23对微网组件结构进行优化后，研究了动态膜生物反应器在高通量下处理生活污水的运行特性。结果表明，反应器能长期稳定运行。在高达40L/m2.h的通量下稳定运行33d后，过滤压差从零上升到245Pa:动态膜形成后出水浊度在5NTU以下，对COD和氨氮的平均去除率分别为78%和91%。3. 膜技术的展望膜分离技术在生活污水处理领域已有广泛的研究和探索，作为一种高新技术，其分离效率高、节能环保、设备简单、操作简便等特点使其在水处理领域具有相当的技术优势，已成为生活污水处理不可缺少的技术之一，研究和应用也获得了长足的进展，但是，它毕竟还是一门年轻的发展中的技术，成功的工业化的大规模的膜分离过程仍然较少，多数分离技术还在于探索和研究中。其存在的主要问题，首先是膜污染、膜稳定性，其次，膜组件的造价成本高。这两个问题限制了模技术的在废水处理中大规模应用。可以预见随着膜技术的发展，膜组件成本及膜污染、清洗问题的解决，在不久的将来，膜技术在废水处理中将越来越广泛的应用，在解决全球水资源危机中发挥重要的作用。参考文献：1 陶俊. 生活污水无机膜处理及回用技术J. 净水技术特刊,2002:70-74.2 罗鸿兵，刘晓玲，罗麟等.我国动态膜技术在水处理中的研究进展J. 水处理技术, 2008, 34(5):1-6,19.3 谭平华， 林金清，肖春妹等. 膜技术在废水中的应用J. 膜技术在废水处理中的应用, 2003(4):33-38.4 吴自强，刘志宏，曹刚.膜生物反应器处理废水技术研究的进展J.工业水处理,2001,21(6):l-3.5 樊耀波，王菊思. 水与废水处理中的膜生物反应器技术J. 环境科学,1995，16(5):79-81.6 沈耀良，王宝贞.废水生物处理新技术一理论与应用M.第二版.北京:中国环境科学出版社，2006.7 郑详，朱小龙，张绍园等.膜生物反应器在水处理中的研究与应用J. 环境污染治理技术与设备，2000，15:12-19.8 顾国维，何义亮. 膜生物反应器在污水处理中的研究和应用M.北京:化学工业出版社，2002.9StPehensno.T著，张树国，李咏梅译.膜生物反应器污水处理技术M.北京:化学工业出版社，2003.10AI-MalaekMH，AndersonGK. 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