膜生物反应器工艺.doc

膜生物反应器工艺（MBR工艺）是现代膜分离技术与生物技术有机结合的一种新型废水生物处理技术，它利用膜分离装置将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质有效截留，替代二沉池，使生化反应池中的活性污泥浓度（生物量）大大提高；实现水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）的分别控制，将难降解的大分子有机物质截留在反应池中不断反应、降解。膜生物反应器工艺通过膜分离技术大大提高了生物反应器的处理效率，与传统的生物处理工艺相比，具有生化效率高、抗负荷冲击能力强、出水水质好且稳定、占地面积小、排泥周期长、易实现自动控制等优点，是目前在高浓度有机废水处理、中水回用处理等领域最有前途的废水生物处理技术之一。膜分离技术在水处理中的应用与发展 发表日期：2006年11月21日 出处：2004中国水处理年会论文集 作者：高从堦（院士） （国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心，杭州310012）摘要 本文扼要地阐述了各种膜分离技术在水处理中的应用现状和发展趋势，这包括微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗析、电渗析、液膜、膜接触器、膜反应器和光催化等在水脱盐和净化，改革传统工艺清洁生产、浓缩和分离，工业废水处理和循环回用以及污水资源化等方面的应用和进展，表明了膜分离技术在水处理中的重大作用和广阔的发展前景。关键词 水处理，膜分离，膜过程，集成膜过程膜分离作为一高新技术在近40多年来迅速发展为产业化的高效节能分离过程。40多年来，微滤、电渗析、反渗透、人工肾、超滤、液膜、纳滤、渗透汽化、控制释放、膜接触和膜反应等过程相继发展起来，在能源、电子、石化、医药卫生、重工、轻工、食品、饮料行业和人民日常生活及环保等领域均获得广泛的应用，产生了显著的经济和社会效益。社会的需求使膜技术应允而生，也是社会的需求促使膜技术迅速发展，使膜技术不断创新、进步和完善，成为单元操作或集成过程中的关键。下面对膜技术应用和发展简介如下：1 水的脱盐（纯化）和净化 水的净化和纯化包括从水中去除悬浮物、细菌、病毒、无机物、农药、有机物和溶解气体等，在这方面，膜技术发挥了其独特的作用。1.1 海水和苦咸水淡化上世纪50年代反渗透（RO）的提出就是为了海水淡化，现在反渗透已成为海水淡化制取饮用水最经济的手段，本体吨水耗电在3kwh以下，最大的装置达2.0105m3/d，自上世纪80年代以来呈迅速增长趋势。同样反渗透也是苦咸水淡化最经济的方法，吨水电耗在0.53kwh。最大的反渗透苦咸水装置达1.3105m3/d，最大的电渗析（ED）苦咸水淡化装置也日产数万吨。目前膜法日产约4.5106m3海水淡化水和约1.0107m3苦咸水淡化水,为广大干旱地区提供饮用水和过程用水。这归因于海水反渗透膜性能的大幅度提高、膜组器的改进和配套装置（特别是能量回收装置）的革新。1.2 超纯水和纯水制备日产高达数万吨和数千吨的反渗透装置广泛地用于电子、电力、医药、化工、饮料、冶金等领域，自上世纪80年代以来，反渗透成为超纯水和纯水制备的优选方法，除了膜的不断发展和改进外，RORO，ROIX和ROEDI及UV（185nm）降COD和真空脱气等新工艺的采用，都促进了RO在这一领域的进步。1.3 膜软化膜软化是基于纳滤（NF）膜对二价离子，特别是二价阴离子的高脱除性而开发的新工艺，与传统的石灰软化和离子交换（IX）相比，它有不消耗大量石灰、盐和碱等药剂，无污泥，不要再生，可完全除悬浮物和大部分有机物，操作简便和占地省等优点。膜软化在美国已很普遍，特别是新上的软化厂多用此新工艺。1.4 饮用水净化和纯化饮用水的质量直接影响人们的健康。水中的悬浮物、细菌、病毒、重金属、高氟、高盐度、消毒副产物和农药残留物等都构成对健康的威胁。膜技术中微滤（MF）可去除悬浮物和细菌，超滤（UF）可分离大分子和病毒，纳滤可去部分硬度、重金属和农药等有毒化合物，反渗透几乎可除去各种杂质，电渗析可除氟，电化膜过程可对水消毒及可产生酸性水和碱性水，膜接触器（MC）可去除水中挥发性有害物质。所以欧、美、日等国家和地区将膜技术,特别是NF, 作为本世纪饮用水净化的优选技术。2 改革传统工艺制备新产品2.1 氯碱制备全氟磺酸羧酸离子膜电解NaCl水溶液制备NaOH溶液（3035%）和氯气，该工艺可高电流密度操作，电流效率高，能耗低，转化率高，原料省，纯度高，无污染及投资少，所以逐渐取代传统的汞阴极法和石棉隔膜法。1982年离子膜法的世界碱产量75万吨，而现在年产近2000万吨，吨碱耗电20002500kWh左右。2.2 双极膜水离解过程双极膜是阴、阳离子交换膜之间夹水离解催化层而成的夹心膜，在直流电场下，可将水分解为H+和OH，理论分解电压为0.83V，实际应用在2V左右。可从盐制备相应的酸碱，特别是弱酸、弱碱的制备，另外环保中废酸、废碱和废盐的处理也是其重要应用方面。2.3 亲合膜，手性膜和分子识别膜随着医药工业、生物工程和生命科学的迅速发展，对异构体，生物活性大分子等的纯化分离非常急需。亲和膜利用配基与被分离物的亲和作用，在不同条件下进行亲和与分离，广泛用于干扰素，内毒素、酶、蛋白、抗体和抗原等的分离。手性膜依靠膜对异构体之一的特有的作用，达到异构体的拆分。这类膜是高性能的专用膜类，在医药、生化和精细化工方面将有广阔的市场潜力。2.4 膜法制备O3O3的制备目前以无声放电法生产为主，要求高电压和干燥的空气或氧气。用膜电解制O3，只要求在阴、阳极室间用阳离子交换膜隔开，二室充满纯水，加电压46V，电流强度达2A/cm2左右。所用的多孔阳极为多孔钛电镀PbO2或SnO2等，多孔阴极为多孔钛电镀铂或镍，可生产高浓度的O3（20%），但目前效率偏低（约20%）有待提高。3 改革传统工艺实现高效纯化浓缩3.1 蛋白和酶的纯化浓缩超滤已成为蛋白和酶等纯化和浓缩的高效过程。超滤浓缩的优点是无相变，一般不需加热，工序简化，适用pH范围宽和防止失活等，很适于热敏性物质的分离浓缩。通常是预处理的粗制品经超滤，使一些低分子物和盐透过膜，使酶和蛋白获得浓缩和精制。选用不同截留分子量的膜，不同的膜材质和工艺可实现不同酶和蛋白的纯化浓缩。3.2 染料等的纯化浓缩 纳滤已在分子量2002000物料的纯化和浓缩方面获得广泛应用，如染料、抗生素、多肽和氨基酸等。一般的工艺是先经渗滤恒容除盐，再脱水浓缩，据产品最终要求的纯度和浓度，确定恒容除盐的程度和脱水浓缩的倍数。实践证明以纳滤，可代替沉淀，pH调节和（部分）蒸发等过程，达到产品纯化和浓缩的目的，这也是一新的高效节能过程。3.3 果汁、茶汁和医药制剂等的澄清和浓缩果汁浓缩利于运输和存放，低档茶叶加工成速溶茶，既解决了低档茶出路，又提高了效益。在果汁浓缩中，通常先用UF对果汁进行澄清（预处理），之后用反渗透法浓缩，一般可浓缩到20BX以上。在茶汁浓缩中，经预处理的茶汁，通过反渗透浓缩到含固量1520%，之后冷冻贮存或喷雾干燥。膜技术在这一领域中的应用正在开拓，特别引人注目的应是医药（中草药）制剂的澄清和浓缩,MF(UF)NF(RO)是最常用的工艺。4 城市污水资源化城市污水处理达标排放仅仅是最基本的要求。污水是否能再生回用，能再生到什么程度，是否经济可行，这是废水资源化的关键。美国21世纪水厂的示范实践表明常规处理与膜法结合，可给出各种标准供不同用途的再生水，最后反渗透的产水完全符合饮用水标准或进一步加工为纯水。所以，膜技术在补充地下蓄水层，防止海水入侵，提供冲洗、灌溉、消防等用水方面以及在污水深度处理再用等方面是有潜力的。近年来浸没式膜生物反应器在污水处理和资源化方面，也倍受重视，已商品化，很适于中、小型污水处理。5 工业废水处理和循环回用工业废水是工业生产过程的废水、污水和废液。面大、量广、危害深。如含油废水、电镀废水、含酚废水、食品加工废水等，若处理回用，既回收了资源，它保护了环境。在这方面膜技术的作用也是非常引人注目的。早在上世纪70年代反渗透法就使电镀废水循环再用，荷电膜超滤使目前汽车等行业广为采用的电泳漆工艺实现了清洁生产，无机膜和渗析结合是钛白废水回收再用的好途径，EDI技术可部分代替离子交换而不要酸碱再生，双极膜技术可使各种废酸、废碱、废盐水重新再用，超滤法使纺织上浆的PVA废液浓缩回用，印染废水的膜法处理使染料和水同时回用，反渗透法成功地将尼龙的单体已内酰胺浓缩回用，超滤可能成为每年数亿吨含油废水回注的关键技术之一，近年来光催化降解工业废水的研究倍受重视，若能利用太阳光实现这一高级氧化过程，配以膜技术，则对环保有非常重要的战略意义。6 集成膜过程集成膜过程是将膜分离技术与其他传统工艺优化组合，以充分发挥膜分离技术的优势，使过程最佳化。上述的许多应用都是集成膜过程的例子。如海水淡化中预处理RO能量回收，RO与低温多效（LT-MED）或多级闪蒸MSF；超纯水制备中的预处理ROIX(EDI)UVUF；饮用水处理中MF(UF)NF(RO)；中草药澄清和浓缩中MF(UF)NF(RO)；废水处理中初级生化处理膜反应器NF(RO)等等，由于采用集成过程，使这些应用迅速实用化，商品化和进一步优化。7 结语 膜分离技术产生和发展的历史是不断创新和实践的历史，每一种新的膜过程的成功都是若干创新的综合。膜分离技术的进步，推动了其他学科和技术的进步，同样，其他技术的发展，也促进了膜分离技术的进步。随着膜分离技术的不断发展和提高以及集成膜过程的采用和完善，膜分离技术在水处理中的作用会越来越大，为我国水资源的保护和合理利用，为国民经济的可持续发展作出更大贡献。 新型膜前处理多功能微滤系统 发表日期：2006年11月21日 出处：工业水处理学会 前言：随着国家环保政策的变化，对污水、废水的处理要求和回用率要求愈加严格，在强调吨位生产的费用时，能耗和水耗成为重要的指标。这给膜处理技术的发展和应用创造了很好的机会和空间。从膜处理技术角度来看，无论超滤膜，纳滤膜，反渗透膜的加工和生产，及应用技术都已日趋成熟。但是随着使用膜技术在过滤工艺上应用范围的扩展，膜设备在使用中存在的问题也愈加突出。具体的问题是在来水品质较差的情况下，不能稳定和有效的控制膜通量（流量）下降，运行能耗很高，效率低，成为膜技术推广的瓶颈。因此膜前预处理技术成为膜技术推广和应用的关键。膜前水质预处理设备一般指在超滤膜前的处理装置，其出水在使用不同的膜和处理不同的水质情况下的要求是不同的，但基本的要求是：1.尽量低的浊度及含铁量，一般希望浊度低于50度，含铁量低于0.5mg/L，高的铁含量极易形成氢氧化铁凝胶，堵塞和附着在膜的表面，需要经常进行强制酸清洗，对膜表面的损坏程度大，导致过滤效率低；2.尽量低的有机物和胶体含量，以减少菌类和藻类可能滋生的条件，菌藻类也是膜表面堵塞的因素之一，而有机物是菌藻繁殖的基本养分。目前通用的膜前预处理技术采用的是多介质过滤方式，运行状况不够理想，许多方面还有待完善，例如：1、熔喷滤芯：这是最常用的保安过滤器，尽管价格便宜，但由于不能通过反冲洗来恢复功能，在较高浊度下需要经常更换滤芯，造成运行费增加及运行不稳定，一般讲，熔喷滤芯（PP）仅限于去除低浊度下（100度）的悬浮物，不能去除铁锰、溶解性有机物，因而在许多场合不能很好起到膜预处理的功能。2、石英砂过滤器：有些膜前预处理装置采用常规的玻璃钢软化树脂罐，装填石英砂进行过滤处理，虽然有一定的过滤作用，但大多效果不好，其主要原因是石英砂的比重高于离子交换树脂，反冲洗不能彻底，不能对膜起稳定的保护作用。3、无烟煤和陶瓷粒过滤器：同石英砂相同，虽然可以起到一定的作用，但由于反洗技术不理想，也会使运行效果打折扣。多介质过滤对有机物和胶体几乎没有去除效果。从实际应用考虑，膜前预处理需要效果更好的和标准的定型设备，它应该具备多种功能，有抗击各种污染和污浊条件的能力，并能长期稳定低成本运行。为此，我们根据多年使用膜技术的体会，推出新型膜前处理多功能微滤系统。其中我们引入了以下四个专利技术：1.过滤结构设计；2.反冲洗结构设计；3.高效曝气装置；4.多孔陶瓷滤料技术技术的最显著特点是：1.集成化程度高，对水中多种污染物均有很好的去除效果，适用领域广；2.处理精度高，可达1 m，且效果稳定；3.流量大，运行能耗低，仅利用水位差工作，滤料不用更换；4.过滤周期长，截污容量大，反洗水量仅为周期过滤水量的0.1%;5.固液分离效果好，悬浮物去除率可达到95%以上；6.独特的过滤和反冲洗结构设计，可适用于高浊度、高粘度、含有大量纤维、强碱性等特殊液体的过滤。技术介绍：滤料介绍（多孔陶瓷滤料专利技术）在我们的过滤技术中，采用的是无固定形状的多孔陶瓷滤料，它与市售的球状陶瓷滤料不同，生产的烧结温度更高，滤料的比表面积更大，过滤效果和纳污能力更强，滤料自体无任何元素逸出。在过滤过程中，由于滤料含有大小不一的孔径和粗糙的表面，在堆积过程中，每一个微分层面上过滤微孔的孔径和缝隙都不同，使过滤孔道和缝隙不是直线而是曲线，使它具有了深层过滤或容器式过滤的功能，在流经变化的孔道和缝隙时，大于平均口径的杂质被阻挡于孔外。小于平均孔径和缝隙的杂质进入孔道，在每个局部，孔径和缝隙的大小是变化的，使介质的流速也随之发生变化，再加上无规则的孔道和缝隙变化，使一部分小于孔径的杂质被侧壁截流吸附，吸附的杂质进一步增加了滤料的表面积和结构上的复杂性，以致于可以吸附更细小的杂质，即“以渣滤渣”，吸附量和吸附精度与过滤材质、电荷、电位、流量、流速、位差有关，整个过程是建立在多种因素的“介稳”状态，通过控制介稳的状态来实现极低能耗的过滤，仅需0.1-1m的水位差，这相当于0.010.001Mpa，系统即可工作。我们在蒸汽冷凝水回用除铁过滤器上采用了该工艺，达到非常好的过滤效果，铁离子由5-10mg/l下降到0.05mg/l，完全符合回用要求。主设备结构示意图（过滤器结构设计专利）： 主要部件示意图来水利用位差进入系统的沉淀区，在进水过程中由计量泵加入絮凝剂，在加药反应区里反应后气浮进入过滤层，底部则进入沉淀区浓缩沉淀，当沉淀水位升高后，上部清液可继续过滤，陶瓷滤料的深层过滤使得过滤精度可达1um，出水浊度到达1度，通过调整絮凝剂的种类和加药量即可以控制出水质量。本装置的主要功能是去除溶于水中的胶体类物质60-70%,去除COD50%左右。降低液体表面张力从而有效保护后面的超滤膜正常工作。工艺流程设计（采用高效曝气、微絮凝等技术组合） 对于含有有机物或胶体多的系统，需要通过投加絮凝剂进行处理，而投加絮凝剂后，一般需要一定的停留时间和空间去沉降和絮凝，在我们的工艺中，全新的设计是在罐的顶部进行微絮凝和气浮反应，使水中的残留的污染物，如溶解性有机物、铁离子、胶体、氨氮、细菌微生物等得到去除。 反洗技术（反冲洗结构设计）：系统采用了独家研制的反洗工艺设计逐点复合脉冲气水反冲洗技术，将滤料的横截面分割成多个区间，利用气对每个区间进行吹起，滤料在气的作用下，利用相互的剪切和摩擦，将滤料表面的附着物去除，反洗水将污物带走。反洗后可完全恢复到初始工作状态，且反洗耗水量仅为周期制水量的0.1%，节水效果明显。工艺流程多功能微滤技术是以常压精密过滤为技术核心的，再辅以系统自带的微絮凝、曝气等其它水处理技术（视实际需求可选配），实现理想过滤的设备，优秀的组合使系统的处理精度高，适用范围广，运行费用低，以下是过滤效果比较表：检测项目过滤前状况过滤后指标备注浊度 （度）小于300010色度 （度）曝气、加药、过滤可去除水的色度，铁超标的红黄色，地表水的黄绿色。铁离子 mg/L小于603COD6015010胶体过滤可去除水中溶解性有机物、胶体，在进水过程中，通过射流器负压或计量泵加少量絮凝剂，在气浮室中进行反应，一部分絮凝物使气泡溢出。一部分沉于罐底，一部分经过滤器截留，出水清澈透明。细菌被过滤水中的细菌大多依附于悬浮物，由于过滤精度高而反冲洗又彻底，对细菌有一定的去除作用 1. 由于不用更换滤芯而仅有少量维护费，因此，与熔喷滤芯比，同比运行费用可降低90%。2. 由于多功能的协同作用，大大提高了膜前给水水质，从而拓展了膜的应用领域。例如：超滤膜错流量可降低50%，甚至实现间隙重量过滤，大大提高了运量或降低了能耗。3. 由于处理后的水质好，且滤料经反冲洗马上能够恢复过滤功能，因而能始终保持膜在相对稳定的条件下工作，也就是保证了膜设备的长期稳定运行。技术特点：1. 过滤精度高，可达到1m。采用先进的过滤结构和特制的多孔陶瓷滤料，使常压过滤精度达到一个新的水平。对水中悬浮物的去除率高达95%以上。2. 集成化程度高，适用领域广。系统具有曝气、气浮、微絮凝等功能（视实际情况选配），经组合使用后对水中的许多污染物如溶解性有机物、铁离子、胶体、氨氮、细菌微生物等均有很好的去除效果。3. 运行能耗低。 由于采用常压过滤机理，本系统为无压力过滤，实际工作水位差0.5m即可。在运行中过滤水头损失几乎为零，其能耗仅为常规压力过滤的几十分之一，甚至达到百分之一，是非常优秀的节能过滤设备。4. 出水水质稳定。 一般的过滤器对进水浊度都有一定限制，例如：进水浊度50度时，出水浊度为5度，计算将之去除率约90%，换句话说，当进水浊度逐渐升高时，出水浊度也按比例相应提高，但这样会影响用户的使用效果，本系统可做到在原水悬浮物浓度变化很大的情况下，也能始终保持过滤精度的稳定。5. 截污容量大，过滤周期长。 由于系统使用的不定型多孔陶瓷滤料的比表面积大，吸附能力强，纳污量是普通砂滤器的十倍，使过滤周期大大延长。6. 反冲洗效果好，耗水量极低。 系统采用独家研制的工艺方法逐点复合脉冲气水反冲洗技术，反洗后可完全恢复到初始工作状态，且反洗耗水量仅为周期制水量的0.1%，节水效果明显。7. 固液分离效率高 系统具有沉淀池功能，可使悬浮物自然沉淀并尽可能浓缩。8. 全自动运行，PLC控制。总结以上特点，这种新型膜前处理多功能微滤系统的核心竞争力就是应用前景无限广阔，同时极低的运行费用能为膜用户带来理想的投资回报。基本配置1. 罐体一个；2. 滤芯组件一套；3. 配套管路一套；4. PLC控制柜一台；5. 进水泵一台；6. 空压机一台（0.17m3/m）；7. 曝气器一个（可选）；8. 加药系统一套（可选）。设备使用1. 打开出进水阀门，按启动钮，系统开始工作，进水可由高于罐顶0.5m水位或水泵完成，在进水管路中加适当配套管件可吸气或吸药。2. 根据现场情况设定反冲洗时限，时间到，则系统自动停止进出水，打开反冲洗阀及气阀，采用气水联合反冲洗，反洗污物由溢流器排出。3. 大罐排污阀根据现场情况设定排污时限。设备维护1. 全套系统按高可靠性理念设计，全部选用优质国标或进口材料、部件，正常工作无需专人维护。2. 每半年应对设备进行一次全面清洗、检修，检查过滤组件，空压机及相关电器，检查的具体方法详见具体型号随机设备手册。3滤料三年内不用更换，以后每年适量添加即可。运行费用由于采用常压过滤机理，本系统为无压力过滤，实际工作水位差0.5m即可。在运行中过滤水头损失几乎为零，其能耗仅为常规压力过滤的几十分之一，甚至达到百分之一，是非常优秀的节能过滤设备。如需加药，则根据水质及相关的药剂而定。设备的基本参数设备型号Sq-a-5Sq-a-10Sq-a-15Sq-a-20Sq-a-50Sq-a-100流量（m3/h）510152050100体积（直径高）1.03.01.43.61.83.6超滤膜在水处理应用中的工艺 发表日期：2007年6月13日 超滤膜在水处理应用中的工艺1 前处理超滤法在水处理及其他工业净化、浓缩、分离过程中，可以作为工艺过程的预处理，也可以作为工艺过程的深度处理。在广泛应用的水处理工艺过程中，常作为深度净化的手段。根据中空纤维超滤膜的特性，有一定的供水前处理要求。因为水中的悬浮物、胶体、微生物和其他杂质会附于膜表面，而使膜受到污染。由于超滤膜水通量比较大，被截留杂质在膜表面上的浓度迅速增大产生所谓浓度极化现象，更为严重的是有一些很细小的微粒会进入膜孔内而堵塞水通道。另外，水中微生物及其新陈代谢产物生成粘性物质也会附着在膜表面。这些因素都会导致超滤膜透水率的下降以及分离性能的变化。同时对超滤供水温度、PH值和浓度等也有一定限度的要求。因此对超滤供水必须进行适当的预处理和调整水质，满足供水要求条件，以延长超滤膜的使用寿命，降低水处理的费用。A、微生物（细菌、藻类）的杀灭：当水中含有微生物时，在进入前处理系统后，部分被截留微生物可能粘附在前处理系统，如多介质过滤器的介质表面。当粘附在超滤膜表面时生长繁殖，可能使微孔完全堵塞，甚至使中空纤维内腔完全堵塞。微生物的存在对中空纤维超滤膜的危害性是极为严重的。除去原水中的细菌及藻类等微生物必须重视。在水处理工程中通常加入NaClO、O3等氧化剂，浓度一般为15mg/l。此外，紫外杀菌也可使用。在实验室中对中空纤维超滤膜组件进行灭菌处理，可以用双氧水（H2O2）或者高锰酸钾水溶液循环处理3060min。杀灭微生物处理仅可杀灭微生物，但并不能从水中去除微生物，仅仅防止了微生物的滋长。B、降低进水混浊度：当水中含有悬浮物、胶体、微生物和其他杂质时，都会使水产生一定程度的混浊，该混浊物对透过光线会产生阻碍作用，这种光学效应与杂质的多少，大小及形状有关系。衡量水的混浊度一般以蚀度表示，并规定1mg/lSiO2所产生的浊度为1度，度数越大，说明含杂量越多。在不同领域对供水浊度有不同的要求，例如，对一般生活用水，浊度不应大于5度。由于浊度的测量是把光线透过原水测量被水中颗粒物反射出的光量、颜色、不透明性，颗粒的大小、数量和形状均影响测定，浊度与悬浮物固体的关系是随机的。对于小于若干微米的微粒，浊度并不能反映。在膜法处理中，精密的微结构，截留分子级甚至离子级的微粒，用浊度来反映水质明显是不精确的。为了预测原水污染的倾向，开发了SDI值试验。SDI值主要用于检测水中胶体和悬浮物等微粒的多少，是表征系统进水水质的重要指标。SDI值的确定方法一般是用孔径为0.45微孔滤膜在0.21MPa恒定水流压水力下，首先记录通水开始滤过500ml水样所需的时间t0，然后在相同条件下继续通水15min，再次记录滤过500ml 水样所需时间t15，然后根据下式计算： SDI=（1-t0/t15）100/15水中SDI的值的大小大致可反映胶体污染程度。井水的SDI3，地表水SDI在5以上，SDI极限值为6.66，即需进行预处理。超滤技术对SDI值的降低最为有效，经中空纤维超滤膜处理水的SDI=0，但当SDI过大时，特别是较大颗粒对中空纤维超滤膜有严重的污染，在超滤工艺中，必须进行预处理，即采用石英砂、活性炭或装有多种滤料的过滤器过滤，至于采取何种处理工艺尚无固定的模式，这是因为供水来源不同，因而预处理方法也各异。例如，对于具有较低浊度的自来水或地下水，采用510的精密过滤器（如蜂房式、熔喷式及PE烧结管等），一般可降低到5左右。在精密过滤器之前，还必须投加絮凝剂和放置双层或多层介质过滤器过滤，一般情况下，过滤速度不超过10m/h，以78m/h为宜，滤水速度越慢，过滤水质量越好。 C、悬浮物和胶体物质的去除：对于粒径5以上的杂质，可以选用5过滤精度的滤器去除，但对于0.35间的微细颗粒和胶体，利用上述常规的过滤技术很难去除。虽然超滤对这些微粒和胶体有绝对的去除作用，但对中空纤维超滤膜的危害是极为严重的。特别是胶体粒子带有电荷，是物质分子和离子的聚合体，胶体所以能在水中稳定存在，主要是同性电荷的胶体粒子相互排斥的结果。向原水中加入与胶体粒子电性相反的荷电物质（絮凝剂）以打破胶体粒子的稳定性，使带荷电的胶体粒子中和成电中性而使分散的胶体粒子凝聚成大的团块，而后利用过滤或沉降便可以比较容易去除。常用的絮凝剂有无机电解质，如硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸亚铁和氯化铁。有机絮凝剂如聚丙稀酰胺、聚丙稀酸钠、聚乙稀亚胺等。由于有机絮凝剂高分子聚合物能通过中和胶粒表面电荷，形成氢键和“搭桥”使凝聚沉降在短时间内完成，从而使水质得到较大改善，故近年来高分子絮凝剂有取代无机絮凝剂的趋势。在絮凝剂加入的同时，可加入助凝剂，如PH调节剂石灰、碳酸钠、氧化剂氯和漂白粉，加固剂水下班及吸附剂聚丙稀酰胺等，提高混凝效果。絮凝剂常配制成水溶液，利用计量泵加入，也可使用安装在供水管道上的喷射器直接将其只入水处理系统。D、可溶性有机物的去除： 可溶性有机物用絮凝沉降、多介质过滤以及超滤均无法彻底去除。目前多采用氧化法或者吸咐法。（1）氧化法 利用氯或次氯酸钠（NaClO）进行氧化，对除去可溶性有机物效果比较好，另外臭氧（O3）和高锰酸钾（KMnO4）也是比较好的氧化剂，但成本略高。（2）吸附法 利用活性炭或大孔吸附树脂可以有效除去可溶性有机物。但对于难以吸附的醇、酚等仍需采用氧化法处理。E、供水水质调整：（1）供水温度的调整超滤膜透水性能的发挥与温度高低有直接的关系，超滤膜组件标定的透水速率一般是用纯水在25条件下测试的，超滤膜的透水速率与温度成正比，温度系数约为0.02/1，即温度每升高1，透水速率约相应增加2.0。因此当供水温度较低时（如5），可采用某种升温措施，使其在较高温度下运行，以提高工作效率。但当温度过高时，同样对膜不利，会导致膜性能的变化，对此，可采用冷却措施，降低供水温度。（2）供水PH值的调整用不同材料制成的超滤膜对PH值的适应范围不同，例如醋酸纤维素适合pH=46，PAN和PVDF等膜，可在PH=212的范围内使用，如果进水超过使用范围，需要加以调整，目前常用的PH调节剂主要有酸（HCl和H2SO4）等和碱（NaOH等）。由于溶液中无机盐可以透过超滤膜，不存在无机盐的浓度极化和结垢问题，因此在预处理水质调整过程中一般不考虑它们对膜的影响，而重点防范的是胶质层的生成、膜污染和堵塞的问题。2 操作参数正确的掌握和执行操作参数对超滤系统的长期和稳定运行是极为重要的，操作参数一般主要包括：流速、压力、压力降、浓水排放量、回收比和温度。A、流速：流速是指原液（供给水）在膜表面上的流动的线速度，是超滤系统中的超滤一项重要操作参数。流速较大时，不但造成能量的浪费和产生过大的压力降而且加速超滤膜分裂性能的衰退。反之，如果流速较小，截留物在膜表面形成的边界层厚度增大，引起浓度极化现象，既影响了透水速率，又影响了透水质量。最佳流速是根据实验来确定的。中空纤维超滤膜，在进水压力维持在0.2MPa以下时，内压膜的流速仅为0.1m/s，该流速的流型处在完全层流状态。外压膜可获得较大的流速。毛细管型超滤膜，当毛细管直径达 3mm时，其流速可适当提高，对减少浓缩边界层有利。必须指出两方面问题，其一是流速不能任意确定，由进口压力与原液流量有关，其二是对于中空纤维或毛细管膜而言，流速在进口端是不一致的，当浓缩水流量为原液的10时，出口端流速近似为进口端的10，此外提高压力增加了透过水量，对流速的提高供献极微。因此增加毛细管直径，适当提高浓缩水排量（回流量），可以使流速获得提高，特别是在超滤浓缩过程中，如电泳漆的回收时可有效提高其超滤速率。在允许的压力范围内，提高供给水量，选择最高流速，有利于中空纤维超滤膜性能的保证。B、压力和压力降：中空纤维超滤膜的工作压力范围为0.10.6MPa，是泛指在超滤的定义域内，处理溶液通常所使用的工作压力。分离不同分子量的物质，需要选用相应截留分子量的超滤膜，则操作压力也有所不同。一般塑壳中空纤维内压膜，外壳耐压强度小于0.3MPa，中空纤维耐压强度一般也低于0.3MPa，因而工作压力应低于0.2MPa，而膜的两侧压差应不大于0.1MPa。外压中空纤维超滤膜耐压强度可达0.6MPa，但对于塑壳外压膜组件，其工作压力亦为0.2MPa。必须指出，由于内压膜直径较大，当用作外压膜时，易于压扁并在粘结处切断，引起损坏，因此内外压膜不能通用。当需要超滤液具有一定压力以供下一工序使用时，应采用不锈钢外壳超滤膜组件，该中空纤维超滤膜组件，使用压力达到0.6MPa，而提供超滤液的压力可达30m水柱，即0.3MPa压强，但必须保持中空纤维超滤膜内外两侧压差不大于0.3MPa。在选择工作压力时除根据膜及外壳耐压强度为依据外，必须考虑膜的压密性，及膜的耐污染能力，压力越高透水量越大，相应被截留的物质在膜表面积聚越多，阻力越大，会引起透水速率的衰减。此外进入膜微孔中的微粒也易于堵塞通道。总之，在可能的情况下，选择较低工作压力，对膜性能的充分发挥是有利的。中空纤维超滤膜组件的压力降，是指原液进口处压力与浓缩液出口处压力之差。压力降与供水量，流速及浓缩水排放量有密切关系。特别对于内压型中空纤维或毛细管型超滤膜，沿着水流方向膜表面的流速及压力是逐渐变化的。供水量，流速及浓缩水排量越大，则压力降越大，形成下游膜表面的压力不能达到所需的工作压力。膜组件的总的产水量会受到一定影响。在实际应用中，应尽量控制压力降值不要过大，随着运转时间延长，由于污垢积累而增加了水流的阻力，使压力降增大，当压力降高出初始值0.05MPa 时应当进行清洗，疏通水路。C、回收比和浓缩水排放量：在超滤系统中，回收比与浓缩水排放量是一对相互制约的因素。回收比是指透过水量与供给量之比率，浓缩水排放量是指未透过膜而排出的水量。因为供给水量等于浓缩水与透过水量之和，所以如果浓缩水排放量大，回收比较小。为了保证超滤系统的正常运行，应规定组件的最小浓缩水排放量及最大回收比。在一般水处理工程中，中空纤维超滤膜组件回收比约为5090。其选择根据为进料液的组成及状态，即能被截留的物质的多少，在膜表面形成的污垢层厚度，及对透过水量的影响等多种因素决定回收比。在多数情况下，也可以采用较小的回收比操作，而将浓缩液排放回流入原液系统，用加大循环量来减少污垢层的厚度，从而提高透水速率，有时并不提高单位产水量的能耗。D、工作温度：超滤膜的透水能力随着温度的升高而增大，一般水溶液其粘度随着温度而降低，从而降低了流动的阻力，相应提高了透水速率。在工程设计中应考虑工作现场供给液的实际温度。特别是季节的变化，当温度过低时应考虑温度的调节，否则随着温度的变化其透水率有可能变化幅度在50左右，此外过高的温度亦将影响膜的性能。通常情况下中空纤维超滤膜的工作温度应在255，需要在较高温度状态下工作则可选用耐高温膜材料及外壳材料。反渗透系统预处理和设计综述 发表日期：2007年1月10日 1-1预处理系统运行时可能遇到的污染物分类说明悬浮固体该类污染物普遍存在于地表水和废水的水源中，其颗粒直径往往大于1微米。这类杂质在水流处于未搅动状态时，完全可以沉积下来，它很容易被反渗透系统设置的细砂过滤器和多介质过滤器滤出；当反渗透予处理系统中设置絮凝剂/凝聚剂的投加工艺时，该类杂质也可以被絮凝剂所结成的矾花吸附，之后被多介质过滤器细或砂过滤器滤出。胶体污染物该类污染物也普遍存在于地表水和废水的水源之中，其颗粒直径往往小于1微米，这类杂质即使在未处于水流搅动时也不会自由沉降，会始终保持在悬浮状态。此类杂质可能是有机或无机成分组成的单体化合物，也可能是多类化合物组成的复合化合物。如硅酸化合物，铁铝氧化物，硫化物，单宁酸，腐殖质等等。生物污染物该类污染物也同样多存在于地表水或废水中。在处理这类水源时，污染产生时开始往往反映在反渗透系统前端的膜元件上，在此类现象发生时，R/O系统前段压力升高较快，最初时反渗透系统的脱盐率还会因此而有所提高，但随着膜系统的持续运行，生物污染将逐渐向整个反渗透系统扩散，从而形成大面积的膜污染。膜系统出现生物污堵时，最终导致系统运行压力大幅度上升和产水量下降。该类污染物同常为细菌、生物膜、藻类和真菌。一般在进行反渗透工艺系统设计时，一定要注意控制原水的活性，当原水细菌含量1000cfu/100mg以上时，在设计时就必须考虑去除措施。有机污染物我们说过，原水中的有机物的成份最为复杂，其对反渗透膜元件的污染及影响情况也非常难以预料。但是，该项指标是设计反渗透系统时需要认真考虑防护的主要污染物。有机污染物的来源一般分成两种：一类是由于动植物的腐烂物形成的天然腐殖有机物；另一类是工业废弃物污染所形成的有机物。有机物污染反渗透膜时，往往是有机物被较为牢固的吸附在膜表面上，清洗时较为困难。一般说来，有机物对膜系统的污染后果最难预测：水中的有一些有机物对反渗透膜几乎没有任何破坏作用；但却有个别的微量有机物一旦被吸附在膜面后不仅能污染反渗透膜，甚至还能引起膜的降解和退化。所以我们必须对原水中存在的有机物予以高度重视。所以从原则讲上，在我们设计一个反渗透系统时，当原水TOC含量达到3mg/l，就必须在系统内考虑相应的去除措施。一般说来，在处理地表水和废水的反渗透预处理系统中，应尽量在絮凝、澄清和氧化等预处理工艺过程中，将大部分有机污染物去除或分解转化。假如经过以上处理后仍无法满足进水要求，则可以考虑通过活性炭吸附过滤器、有机物清扫器或超滤设备的设置将其进一步去除，以最终满足反渗透系统的进水要求。1-2反渗透预处理系统的设计原则及综述1)水中存在的难溶无机盐类成份的反渗透预处理系统设计离子交换软化：此工艺在系统未选择投加有机阻垢剂时且原水硬度含量较低及有一定的钡、锶离子含量水源时，被经常采用。一般说来，目前此工艺在小型反渗透装置的预处理系统和用于饮用水净化的反渗透纯净水制备系统应用最多。石灰软化辅助投加镁剂：此工艺在原水碳酸盐硬度和溶解二氧化硅含量较高的大型反渗透系统中往往被采用。一般说来，该方法可将原水碳酸盐硬度降低到100mg/l左右，与此同时原水中溶解的二氧化硅含量也可以去除5060%左右。此工艺在处理水质较差的地表水和工业循环水时应用居多。给水中计量投加阻垢剂：由于该工艺对原水和现场条件的适用性强，实现自动控制容易，装置运行可靠，故此在大型反渗透系统和原水难溶无机物含量较高的系统中被广泛采用。目前在新建的反渗透系统中，投加的阻垢剂多见于国外进口产品，如：美国ARGO公司的MDC-150/220/200和美国清力公司（KING LEE）的PTP-0100/2000。该类阻垢剂的共同特点是稀释及投加均十分方便，该药剂对水中的多种难溶物质均具有较高的分散能力，药剂生产厂商甚至可以保证在R/O浓水系统LSI或S&DSI指数高达+2.5+3.0时仍不结垢,另外，CaSO4、SrSO4、BaSO4、CaF2的饱和度而因此可以分别扩展2.3 、8.0、60、100倍；并且有的阻垢剂与预处理系统中投加絮凝剂兼容（如：MDC-150阻垢剂与MPT150型絮凝剂即相互兼容）。 而在过去国内被作为阻垢剂经常使用的六偏磷酸钠，由于其具有溶解不便、受温度影响、不十分稳定、分散能力较差等缺点而正在被逐渐取代。另外，六偏磷酸钠水解后生成的磷酸根离子和磷酸盐垢，很可能成为原水中所含有微生物的营养剂，从而促进了微生物在反渗透系统内繁衍，这也是六偏磷酸钠正在被用户逐渐弃用的原因之一。无论是选用哪一种阻垢剂，在应用时应特别注意其浓水系统中LSI 和 S&DSI值的控制，保证系统安全运行。弱酸型阳离子交换脱碱软化：该法在原水含盐量较高和碱度成分高（占阴离子含量70%以上时）的大型反渗透系统中应用居多。但经过此工艺处理后，被处理水PH值较低（45），这样往往会由于反渗透系统的无机酸透过量增加，而使反渗透系统脱盐率较低；即便再对脱碳后的被处理水进行调节PH值处理或采用不脱除二氧化碳的工艺，其脱盐率也无法达到原来较为理想的水平。尽管如此，该工艺在高盐量、高碱度的水质条件情况下还是得到了较多的应用。2)针对原水溶解硅含量较高的反渗透预处理系统设计对此种水源条件下运行的反渗透预处理系统设计一般有如下几种方法：在现场条件允许的情况下，通过系统内设置的换热器将给水温度调整至2835左右，进而提高水中硅酸化合物的溶解度，并与控制系统水回收率的工艺设计相结合，来确保反渗透系统在运行过程中无硅胶垢形成.这是在工程中经常采用的方法。在此种条件下，一般应注意将反渗透浓水系统的二氧化硅的含量控制在150mg/l以下。采用石灰预软化和投加镁剂(菱苦土)相结合的方法除硅。该方法可以将溶解在原水中的二氧化硅去除60%以上，另外,本工艺在用户实际操作时比较麻烦,故此本工艺在小型水处理系统中应用很少，而在大型反渗透系统中被广泛采用。投加硅分散剂。目前,由于进口硅分散剂的优越性能而导致该方法在国内最近开工的大型反渗透工程中已被广泛采用。在此类系统中，常见的是投加美国ARGO公司提供的MSI-300和美国KING LEE公司提供的PTP-0100型号的药剂。从药剂供应商提交的技术文件和相关信息来看，在应用时，有的甚至允许反渗透浓水系统二氧化硅的含量达到240290PPM左右。但对一个反渗透系统设计者来说，具体工程中反渗透浓水系统二氧化硅的所允许的最高含量，应根据具体投加药剂所允许的技术指标和符合现场条件的药剂投加计算软件的模拟结果而最终确定。3)针对原水含有金属氧化物的反渗透预处理系统设计在预处理系统中设置对原水的预氧化工艺，然后通过混凝、沉降和砂滤或锰砂过滤等工艺，将原水中的铁、锰离子及其化合物去除。在预处理系统中，增设石灰预软化和混凝、澄清、沉降的组合处理工艺一般均可以将原水中的大部分金属氧化物去除。采用电化学凝聚、沉降和多介质过滤的预处理组合工艺，也可将水中的绝大部分铁金属氧化物去除。投加化学分散剂。在可以有效地防止无机盐结垢的同时，还可以防止一定量的金属氧化物在反渗透膜系统中的沉积。如在系统中投加美国ARGO公司的MDC-200化学分散剂。4)针对原水含有天然有机物的反渗透预处理系统设计在预处理系统中，设置石灰预软化、混凝、澄清组合处理工艺， 然后再通过多介质过滤和细砂过滤的工艺处理，以去除原水中的被吸附的天然腐殖质有机物。该工艺在地表水和循环水脱盐净化处理的大型反渗透预处理系统中被广泛采用。在预处理系统中设置活性炭吸附过滤工艺，去除原水中尚存的有机物。该工艺在中小型反渗透预处理被经常采用，尤其在纯净水生产和生活饮用水净化系统中应用最多。在预处理系统中增设有机物清扫器工艺，以便较为彻底地去除原水中的有机物。该工艺在电子行业的超纯水系统和原水为江、河、湖水，水中有机物含量相对较多或成分也较为复杂的反渗透预处理系统中多被采用。将微滤器（0.2m）和超滤器（截留分子量在600020000）作为清除有机物的预处理设备使用，该工艺在小型反渗透系统中被经常使用。在预处理系统中以纳滤膜分离设备作为反渗透系统的预处理设备，可以将分子量在200以上的有机物和微生物、病毒、热源去除。在二级海水淡化系统中和以地表水为水源的超纯水制备系统及生活饮用水净化系统中应用较多。5)针对原水是含有微粒和胶体的地表水的反渗透预处理设计在预处理系统中设置石灰预软化工艺，并在澄清器中辅助投少量的铝酸钠，以增加澄清效果。在多介质过滤或细砂过滤等预处理工艺环节之前，增设投加混凝剂/助凝剂、沉降、澄清等预处理组合工艺。在反渗透膜分离系统之前，设置微滤或超滤预处理设备，以去除原水中该类污染物。反渗透膜系统不允许有大于5微米的颗粒物质进入，因为反渗透给水中的颗粒物质在系统运行过程中会把反渗透膜的超薄屏障层滑伤，进而导致膜系统盐透过率增加和系统脱盐率下降。6)针对原水含有细菌及微生物或系统已有微生物滋长的反渗透预处理系统设计 在反渗透给水系统上间断投加被允许使用的非氧化性化学杀菌剂，如投加美国ARGO公司的MBC881和 MBC2881或性能等同的其它非氧化性化学杀菌剂。 H/o$Y; 在反渗透预处理系统中增设紫外线消毒工艺。在预处理系统中增设微滤或超滤工艺。优化反渗透装置的结构设计，减少微生物的孳生地带；如在反渗透装置配管设计时，尽量减少水流死角；再如在设计系统连接管道时，尽量减少在停机时造成部分管道局部积水状态的高-低-高形式的设计和连接；在适当的管道低段增设排放阀等。在处理湖、河及海水时，在预处理系统中设计投加硫酸铜（0.1PPM）工艺,以控制微生物、藻类的生长和污染。一般说来，反渗透系统要求原水细菌总数要控制在10000cfu/ml以下。7)针对原水是稍差的城市自来水或自备水源的反渗透予处理系统设计在预处理系统中考虑设置还原剂（亚硫酸氢钠）计量投加装置或设置活性炭吸附过滤器，用以消除给水尚存的自由氯，以防止由于水中氧化性物质的长期存在而导致的反渗透膜的表面活性层性能退化。一般说来，在小型反渗透系统中均选择设置活性炭过滤器，而在大型系统中一般都考虑在预处理系统中计量投加还原剂。在选择系统需投加的阻垢剂品种时,应考虑所投加的阻垢剂与给水前期投加的絮凝剂和凝聚剂是否兼容。一般从历史上看，为了保证混凝效果，在之前一般以地表水为水源的自来水厂和自备水源系统中，都选用了投加阳离子絮凝剂，故此，在为反渗透系统选择阻垢剂时，一定要注意药品的兼容性，若一旦原水在预处理过程中使用了阳离子型絮凝剂，在后续反渗透系统中就要坚决避免使用阴离子型阻垢剂；若不能避免，则后续工艺投加阴离子阻垢剂就可能与过滤水中尚存的阳离子型絮凝剂发生反应，且由于药剂投加而形成的反应物会以胶体化合物的形式沉积在膜表面上，进而对反渗透膜形成污染。目前，在市场上一些国外药剂生产厂家一般都能提供与其阻垢剂相兼容的有机絮凝剂，如美国ARGO公司提供的MPT150絮凝剂与其提供的MDC-150阻垢剂就相互兼容，这样系统使用起来就特别安全。8)针对原水是处于还原状态(缺