膜技术用于水处理

1、膜分离技术及其在膜分离技术及其在水处理中的应用水处理中的应用内内 容容膜技术概述膜分离装置MBR及设计方法相关研究热点1.膜技术概述 1.1基本概念 膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。 膜的特性：不管膜多薄，它必须有两个界面。这两个界面分别于两侧的流体相接触。膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种物质透过，而不允许其他物质透过。水处理中膜的分类 电渗析 离子交换膜 反渗透 其他膜分离类型纳滤超滤微滤 各种分离膜的特征各种分离膜的特征 分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物分离膜的基

2、本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物质，如颗粒、分子、离子等。或者说，物质的分离是通过膜的选择质，如颗粒、分子、离子等。或者说，物质的分离是通过膜的选择性透过实现的。几种主要的膜分离过程及其传递机理如表性透过实现的。几种主要的膜分离过程及其传递机理如表2 2所示。所示。表表2 2 几种主要分离膜的分离过程几种主要分离膜的分离过程膜过程膜过程推动力推动力传递机理传递机理透过物透过物截留物截留物膜类型膜类型微滤微滤压力差压力差颗粒大小形状颗粒大小形状水、溶剂溶解物水、溶剂溶解物悬浮物颗粒悬浮物颗粒纤维多孔膜纤维多孔膜超滤超滤压力差压力差分子特性大小形状分子特性大小形状水、溶剂小分子水、溶剂

3、小分子胶体和超过截留胶体和超过截留分子量的分子分子量的分子非对称性膜非对称性膜纳滤纳滤压力差压力差离子大小及电荷离子大小及电荷水、一价离子、水、一价离子、多价离子多价离子有机物有机物复合膜复合膜反渗透反渗透压力差压力差溶剂的扩散传递溶剂的扩散传递水、溶剂水、溶剂溶质、盐溶质、盐非对称性膜非对称性膜复合膜复合膜膜过程膜过程推动力推动力传递机理传递机理透过物透过物截留物截留物膜类型膜类型渗析渗析浓度差浓度差 溶质的扩散传递溶质的扩散传递低分子量物、低分子量物、离子离子大分子物大分子物非对称性膜非对称性膜电渗析电渗析电位差电位差电解质离子的电解质离子的选择传递选择传递电解质离子电解质离子非电解质，非

4、电解质，大分子物大分子物质质离子交换膜离子交换膜气体分离气体分离压力差压力差气体和蒸汽的气体和蒸汽的扩散渗透扩散渗透气体或蒸汽气体或蒸汽难渗透性难渗透性气体或蒸气体或蒸汽汽均相膜、复均相膜、复合膜，非对合膜，非对称膜称膜渗透蒸发渗透蒸发压力差压力差 选择传递选择传递易渗溶质或易渗溶质或溶剂溶剂难渗透性难渗透性溶质或溶溶质或溶剂剂均相膜、复均相膜、复合膜，非对合膜，非对称膜称膜液膜分离液膜分离浓度差浓度差反应促进和反应促进和扩散传递扩散传递杂质杂质待分离物待分离物乳状液膜、乳状液膜、支撑液膜支撑液膜续上表续上表电渗析运行时可能发生的过程电渗析运行时可能发生的过程RO、 NF、UF、MF的区别的区

5、别项目项目 RO NF UF MF孔径孔径(nm) 0.3-0.7 1-2 1-100 50-10000截留粒径截留粒径 0.06nm 1.0nm 2.0-100nm 100nm运行压力运行压力(Bar) 8-69 3.5-20 1-7 0.5-0.7能截留的物质能截留的物质盐分盐分% 98-99.6 20-90 0 0病毒病毒 完全完全 完全完全 部分部分 不能不能细菌细菌 完全完全 完全完全 较完全较完全 部分部分自来水水质主要特点自来水水质主要特点自来水大肠杆菌、细菌、自来水大肠杆菌、细菌、 CODcr 、BOD5、SS、色度含量、色度含量水样指标水样指标 原水含量原水含量 处理后含量处

6、理后含量 生活饮用水卫生标准生活饮用水卫生标准 大肠杆菌大肠杆菌 (个个/L) 700-1600 03细菌细菌 (cfu/ml) 100-4000140100CODcr(mg/l) 3-161.56BOD5(mg/l) 514SS (mg/l) 20-401.2-2.03.0色度色度 (度度) 5-30515分析：分析：自来水如果消毒不严，则可能会含少量细菌及自来水如果消毒不严，则可能会含少量细菌及相对较多的病毒；如果消毒严格，则会含较多余氯。相对较多的病毒；如果消毒严格，则会含较多余氯。微生物分类及其个体大小微生物分类及其个体大小微生物按个体大小分为微生物按个体大小分为9类：类：名称名称个体

7、大小个体大小病名病名酵母菌酵母菌5-150 m霉菌霉菌2-10 m螺旋体螺旋体5-10 m梅毒梅毒/回归热回归热细菌细菌0.5-5 m痢疾等痢疾等支原体支原体0.2-0.25 m胸膜炎胸膜炎/肺炎肺炎立克次氏体立克次氏体0.1-0.2 m斑疹伤寒斑疹伤寒/羌虫热羌虫热衣原体衣原体0.1-0.2 m砂眼砂眼/结膜炎结膜炎病毒病毒0.05-0.1 m流感流感/噬菌体噬菌体/HIV亚病毒亚病毒(DNA/RNA) 0.015-0.03 m疯牛病疯牛病/Kuru病病NF、RO、UF、MF的孔径比较的孔径比较020406080100120RONFUFMFPore size (nm)UFNFRO肿瘤病毒15

8、nm50nm1nmNF制造饮用水的最佳选择制造饮用水的最佳选择自来水自来水地表水地表水中水中水井水井水RONF高纯水高纯水纯净水纯净水直饮水直饮水唉唉! 寡淡无味寡淡无味喔噻喔噻! 真好喝真好喝分析分析：由纳滤：由纳滤NF制得的直饮水，因其口感好，富含制得的直饮水，因其口感好，富含人体所需的营养元素而倍受国内外亲睐。人体所需的营养元素而倍受国内外亲睐。膜材料膜材料 用作分离膜的材料包括天然的与人工合成的用作分离膜的材料包括天然的与人工合成的有有机高分子材料机高分子材料和和无机材料无机材料。 原则上讲，凡能成膜的高分子材料和无机材料原则上讲，凡能成膜的高分子材料和无机材料均可用于制备分离膜。但实

9、际上，真正成为工业化均可用于制备分离膜。但实际上，真正成为工业化膜的膜材料并不多。这主要决定于膜的一些特定要膜的膜材料并不多。这主要决定于膜的一些特定要求，如分离效率、分离速度等。此外，也取决于膜求，如分离效率、分离速度等。此外，也取决于膜的制备技术。的制备技术。 目前，实用的有机高分子膜材料有：目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。从品种来说，。从品种来说，已有成百种以上的膜被制备出来，其中约已有成百种以上的膜被制备出来，其中约40多种已多种已被用于工业和实验室中。以日本为例，纤维素酯类被用于工业和实验室中。以日本为例，

10、纤维素酯类膜占膜占53，聚砜膜占，聚砜膜占33.3，聚酰胺膜占，聚酰胺膜占11.7，其，其他材料的膜占他材料的膜占2，可见纤维素酯类材料在膜材料中，可见纤维素酯类材料在膜材料中占主要地位。占主要地位。 1. 纤维素酯类膜材料纤维素酯类膜材料 纤维素是由几千个纤维素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通过椅式构型的葡萄糖基通过1, 4-甙链甙链连接起来的天然线性高分子化合物，其结构式为：连接起来的天然线性高分子化合物，其结构式为：OHOHOHHOH HOHHCH2OHHHOH HOHHOCH2OHOOHOHOHHOH HOHHCH2OHHHHOH HOHHOCH2OHHn_22 从结构上看，每个葡萄糖单

11、元上有三个羟基。在催化剂（如从结构上看，每个葡萄糖单元上有三个羟基。在催化剂（如硫酸、高氯酸或氧化锌）存在下，能与冰醋酸、醋酸酐进行酯化硫酸、高氯酸或氧化锌）存在下，能与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应，得到二醋酸纤维素或三醋酸纤维素。反应，得到二醋酸纤维素或三醋酸纤维素。 C6H7O2 + (CH3CO)2O C6H7O2(OCOCH3)2 + H2O C6H7O2 + 3(CH3CO)2O C6H7O2(OCOCH3)3 + 2 CH2COOH 醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。 醋酸纤维素性能醋酸纤维素性能稳定，但在高温和酸、碱存在下易发生水解。稳定，但在

12、高温和酸、碱存在下易发生水解。 纤维素醋类材料纤维素醋类材料易受微生物侵蚀，易受微生物侵蚀，pH值适应范围较窄，不值适应范围较窄，不耐高温和某些有机溶剂或无机溶剂。耐高温和某些有机溶剂或无机溶剂。因此发展了非纤维素酯类因此发展了非纤维素酯类（合成高分子类）膜。（合成高分子类）膜。醋酸纤维素膜醋酸纤维素膜醋酸纤维素膜的结构示意图醋酸纤维素膜的结构示意图99表皮层表皮层孔径孔径 0.00080.001 m过渡层过渡层孔径孔径 0.02 m多孔层多孔层孔径孔径 0.10.4 m1%显显微微镜镜下下膜膜的的照照片片显微镜下中空纤维膜膜丝结构图显微镜下中空纤维膜膜丝结构图2. 非纤维素酯类膜材料非纤维素

13、酯类膜材料 常用于制备分离膜的合成高分子材料有常用于制备分离膜的合成高分子材料有聚聚砜、聚酰胺、芳香杂环聚合物和离子聚合砜、聚酰胺、芳香杂环聚合物和离子聚合物物。 聚砜类树脂聚砜类树脂具有良好的化学、热学和水解稳定性，具有良好的化学、热学和水解稳定性，强度也很高强度也很高，pH值适应范围为值适应范围为113，最高使用温度，最高使用温度达达120，抗氧化性和抗氯性都十分优良。因此已成，抗氧化性和抗氯性都十分优良。因此已成为重要的膜材料之一。为重要的膜材料之一。 早期使用的聚酰胺是早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺脂肪族聚酰胺，如尼龙，如尼龙-4、尼龙尼龙-66等制成的中空纤维膜。这类产品对盐水的分等

14、制成的中空纤维膜。这类产品对盐水的分离率在离率在8090之间，但透水率很低，仅之间，但透水率很低，仅0.076 ml/cm2h。 以后发展了以后发展了芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺，用它们制成的分离膜，用它们制成的分离膜，pH适用范围为适用范围为311，分离率可达，分离率可达99.5（对盐水），（对盐水），透水速率为透水速率为0.6 ml/cm2h。长期使用稳定性好。由于。长期使用稳定性好。由于酰胺基团易与氯反应，故这种膜对水中的游离氯有酰胺基团易与氯反应，故这种膜对水中的游离氯有较高要求。较高要求。 聚酰亚胺聚酰亚胺具有很好的热稳定性和耐有机溶剂具有很好的热稳定性和耐有机溶剂能力，因此是一类较好的

15、膜材料。例如，下列结能力，因此是一类较好的膜材料。例如，下列结构的聚酰亚胺膜对分离氢气有很高的效率。构的聚酰亚胺膜对分离氢气有很高的效率。NCCOONCCOOArn 离子性聚合物离子性聚合物可用于制备离子交换膜。与离可用于制备离子交换膜。与离子交换树脂相同，离子交换膜也可分为子交换树脂相同，离子交换膜也可分为强酸型阳离强酸型阳离子膜、弱酸型阳离子膜、强碱型阴离子膜和弱碱型子膜、弱酸型阳离子膜、强碱型阴离子膜和弱碱型阴离子膜阴离子膜等。在淡化海水的应用中，主要使用的是等。在淡化海水的应用中，主要使用的是强酸型阳离子交换膜。强酸型阳离子交换膜。 磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜是最

16、常用的两种离是最常用的两种离子聚合物膜。子聚合物膜。 用作膜材料的用作膜材料的乙烯基聚合物乙烯基聚合物包括聚乙烯醇、聚乙包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯、烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯、聚丙烯酰胺等。共聚物包括：聚丙烯醇聚丙烯酰胺等。共聚物包括：聚丙烯醇/苯乙烯磺酸、苯乙烯磺酸、聚乙烯醇聚乙烯醇/磺化聚苯醚、聚丙烯腈磺化聚苯醚、聚丙烯腈/甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯乙烯/乙烯醇等。聚乙烯醇乙烯醇等。聚乙烯醇/丙烯腈接枝共聚物也可用丙烯腈接枝共聚物也可用作膜材料。作膜材料。常见材料的最高允许使用温度常见材料的最高允许使用温度 名名 称称温度（温度（

17、）CA（Cellulose Acetate） 聚酰胺聚酰胺聚苯并咪唑聚苯并咪唑聚苯并咪唑酮聚苯并咪唑酮 磺化聚苯醚磺化聚苯醚 磺化聚砜磺化聚砜聚醚砜酮聚醚砜酮35 35 35 35 909070 70 70 70 120 120 160160 无机膜多以无机膜多以金属及其氧化物、多孔玻璃、金属及其氧化物、多孔玻璃、陶瓷陶瓷为材料。从结构上可分为致密膜、多为材料。从结构上可分为致密膜、多孔膜和复合非对称修正膜三种。孔膜和复合非对称修正膜三种。 膜的制备膜的制备1. 分离膜制备工艺类型分离膜制备工艺类型 膜的制备工艺对分离膜的性能十分重要。同样膜的制备工艺对分离膜的性能十分重要。同样的材料，由于不

18、同的制作工艺和控制条件，其性能的材料，由于不同的制作工艺和控制条件，其性能差别很大。合理的、先进的制膜工艺是制造优良性差别很大。合理的、先进的制膜工艺是制造优良性能分离膜的重要保证。能分离膜的重要保证。 目前，国内外的制膜方法很多，其中最实用的目前，国内外的制膜方法很多，其中最实用的是是相转化法相转化法（流涎法和纺丝法）和（流涎法和纺丝法）和复合膜化法。复合膜化法。2. 相转化制膜工艺相转化制膜工艺 相转化是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或相转化是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或向溶液加入非溶剂或加热制膜液，使液相转变为固向溶液加入非溶剂或加热制膜液，使液相转变为固相的过程。相转化制膜工艺中最

19、重要的方法是相的过程。相转化制膜工艺中最重要的方法是LS型制膜法型制膜法。它是由加拿大人劳勃（。它是由加拿大人劳勃（S. Leob）和索里）和索里拉金（拉金（S. Sourirajan）发明的，并首先用于制造醋）发明的，并首先用于制造醋酸纤维素膜。酸纤维素膜。 将制膜材料用溶剂形成均相制膜液，在模具中将制膜材料用溶剂形成均相制膜液，在模具中流涎成薄层，然后控制温度和湿度，使溶液缓缓蒸流涎成薄层，然后控制温度和湿度，使溶液缓缓蒸发，经过相转化就形成了由液相转化为固相的膜，发，经过相转化就形成了由液相转化为固相的膜，其工艺框图可表示如下：其工艺框图可表示如下：聚合物聚合物溶剂溶剂添加剂添加剂均质制

20、膜液均质制膜液流涎法制成平板型、圆管型；纺丝法制成中空纤维流涎法制成平板型、圆管型；纺丝法制成中空纤维蒸出部分溶剂蒸出部分溶剂凝固液浸渍凝固液浸渍水洗水洗后处理后处理非对称膜非对称膜图图2 L-S 法制备分离膜工艺流程法制备分离膜工艺流程3. 复合制膜工艺复合制膜工艺 由由L-S法制的膜，起分离作用的仅是接触空气法制的膜，起分离作用的仅是接触空气的极薄一层，称为表面致密层。它的厚度约的极薄一层，称为表面致密层。它的厚度约0.251 m ，相当于总厚度的，相当于总厚度的1/100左右。理论研究表明可左右。理论研究表明可知，膜的透过速率与膜的厚度成反比。而用知，膜的透过速率与膜的厚度成反比。而用L

21、-S法法制备表面层小于制备表面层小于0.1 m的膜极为困难。为此，发展的膜极为困难。为此，发展了了复合制膜工艺复合制膜工艺，其方框图如图，其方框图如图3所示。所示。多孔支持膜多孔支持膜涂覆涂覆交联交联加热加热形成超薄膜形成超薄膜亲水性高分子溶液的涂覆亲水性高分子溶液的涂覆复合膜复合膜形成超薄膜的溶液形成超薄膜的溶液交联剂交联剂图图3 3 复合制膜工艺流程框图复合制膜工艺流程框图膜的保存膜的保存 分离膜的保存对其性能极为重要。主要应防止分离膜的保存对其性能极为重要。主要应防止微生物、水解、冷冻对膜的破坏和膜的收缩变形。微生物、水解、冷冻对膜的破坏和膜的收缩变形。 微生物的破坏微生物的破坏主要发生

22、在醋酸纤维素膜；主要发生在醋酸纤维素膜； 水解和冷冻水解和冷冻破坏则对任何膜都可能发生。温度、破坏则对任何膜都可能发生。温度、pH值不适当和水中游离氧的存在均会造成膜的水解。值不适当和水中游离氧的存在均会造成膜的水解。冷冻会使膜膨胀而破坏膜的结构。冷冻会使膜膨胀而破坏膜的结构。2.膜分离装置 平板膜（板框式） 卷式膜（螺旋卷式） 管式膜 毛细管膜 中空纤维膜MEMBRANE MODULES Plate-and-frame modulePLATE-AND-FRAME MODULEThe number of sets needed for a given membrane area furnish

23、ed with sealing ring and two end plates then builds up to a plate-and-framestackPlate-and-frame moduleAdvantages- High allowable work pressure (high viscosity liquids)- Easy to clean- Easy to replace membranesDisadvantages- Low membrane area per volume (100-400 m2/m3)MEMBRANE MODULES Spiral-wound mo

24、duleMEMBRANE MODULES Tubular moduleTUBULAR MODULESTubular moduleSchematic drawing of tubular moduleCross section of monolithic ceramic moduleThe feed solution always flows through the centre of the tubes while the permeate flows through supporting tube into the module housing .管管式式膜膜Tubular moduleAd

25、vantages- Resistance for fouling- Easy to cleaningDisadvantages- Low packing density (300m2/m3)- ExpensiveReverse osmosis, ultrafiltrationMEMBRANE MODULES Capillary moduleMEMBRANE MODULES Hollow-fiber moduleCapillary moduleCapillary module consists of a large numbers of capillaries assembled togethe

26、r in a module.The free ends of the capillaries are potted agents such as epoxy resins, polyurethans.CAPILLARY MODULEThe choice between the two concepts is mainly based on the application where the parameters such a pressure, pressure drop, type of membrane available etc. are important.Depending on t

27、he concept chosen, asymmetric capillaries are used with their skin on the outside or inside.Two types of module arrangements can be distinguisedHOLLOW-FIBER MODULEThe difference dimmensions of the tubes, but module concepts are the same.The hollow-fiber module highest packing density 30000m2/m3.A pe

28、rforated central pipe is located in the center of the module through which the feed solution enters.Hollow-fiber moduleAdvantageous to use the inside-out type to avoid increase in permeate pressure within the fibers and its thin selective top-layer is better protected, whereas a higher membrane area

29、 can be achieved with the outside-in concept.Hollow-fiber moduleAdvantages- High packing density500-9000 m2/m3- Low relative costsDisadvantages- Poor resistance of fouling- Difficult to clean- Difficult to change the membraneMicrofiltration, ultrafiltration, reverse osmosis, pervaporation, liquid me

30、mbranes and the membrane cofactors where the boundary layer resistance may become very important as well.Comparison of module configurations陶瓷膜膜组件陶瓷膜膜组件3.膜生物反应器（膜生物反应器（Membrane bioreactor, MBR）及设计）及设计 膜生物反应器是用膜分离（微滤、超滤）代替二沉池进行固液分离的膜生物反应器是用膜分离（微滤、超滤）代替二沉池进行固液分离的污水处理装置，为膜分离技术与活性污泥法的有机结合。具有出水水质好、污水处理装置

31、，为膜分离技术与活性污泥法的有机结合。具有出水水质好、容积负荷高、剩余污泥量少等优点。颇具发展前景的一种工艺。容积负荷高、剩余污泥量少等优点。颇具发展前景的一种工艺。出水去消毒出水去消毒剩余污泥剩余污泥膜生物反应器膜生物反应器a.a.一体式（内置浸没式）一体式（内置浸没式）进水进水出水去消毒出水去消毒剩余污泥剩余污泥膜生物反应器膜生物反应器b.b.分置式（外置式）分置式（外置式）进水进水截留物回流截留物回流膜组件膜组件膜组件膜组件一体式膜生物反应器一体式膜生物反应器中空纤维膜（常用于一体式膜生物反应器）中空纤维膜（常用于一体式膜生物反应器）膜膜 组组 件件另另一一种种中中空空纤纤维维膜膜膜过滤

32、的基础理论膜过滤的基础理论通透量理论通透量理论：一种基于粒子悬浊液在毛细管内流动一种基于粒子悬浊液在毛细管内流动的毛细管理论。的毛细管理论。水通量（水通量（Jw）和截留率（）和截留率（R）：）：W透水量，透水量，A膜的有效面积，膜的有效面积，t时间时间c1料液中溶质浓度，料液中溶质浓度， c2透过透过液中溶质浓度液中溶质浓度tAWJw121cccR膜分离基本原理膜分离基本原理一体式MBR设计方法 原水条件一体式MBR设计方法 原水条件 消泡剂消泡剂一体式MBR设计方法 预处理一体式MBR设计方法 活性污泥条件MLSS浓度 500012000mg/L污泥粘度 30mPas以下水温 1535一体式

33、（浸没式）膜组件构成 返回一体式膜的技术参数表一体式膜的技术参数表序号名 称特性参数1材质聚氯乙烯2膜孔直径0.4m3过滤方式重力过滤/吸引过滤4最大过滤压力重力过滤：12kPa/吸引过滤：20kPa5耐化学药品性耐酸耐碱性强（pH值212）6膜支架尺寸(510型）宽高厚：490mm1000mm6mm7膜支架有效面积0.8 m2/张8膜通量0.40.8 m3/m2.d返回膜组件参数表膜组件参数表说明：说明：ESES、ASAS、FFFF主要区别在于膜组件的散气框架高度有所不同。主要区别在于膜组件的散气框架高度有所不同。ASAS和和FFFF型分别适用于大型市政排水处理和地埋式小型净化槽，型分别适用

34、于大型市政排水处理和地埋式小型净化槽，ESES型多用于生活污型多用于生活污水、中水、工业废水，是常用的膜组件类型。水、中水、工业废水，是常用的膜组件类型。 膜组件类型膜组件支架张数(n)（张/组）膜组件有效面积（m2/组）ES(AS、FF)757560ES(AS、FF)10010080ES(AS、FF)175150120ES(AS、FF)200200160返回一体式膜的选型设计一体式膜的选型设计 膜通量膜通量( () )的确定的确定 膜通量：单位时间内通过单位膜面积的水量膜通量：单位时间内通过单位膜面积的水量（单位：（单位：m3/m2.d） 膜通量的选择与污泥过滤性能、污水水质膜通量的选择与污

35、泥过滤性能、污水水质 以及运行的环境条件有关，一般情况下为：以及运行的环境条件有关，一般情况下为： 0.40.8 m3/m2.d（参考：原水参考：原水CODcr、BOD5浓度浓度 较低，可生化性强时较低，可生化性强时, ,如洗浴废水如洗浴废水, ,可取高限可取高限, ,反之，反之， 原水原水CODcr、BOD5浓度较高，可生化性较差时，如浓度较高，可生化性较差时，如 工业废水工业废水, ,取低限。）取低限。）返回膜片张数（膜片张数（n）计算）计算 1. 1. 设计流量设计流量: : Qd (m3/d) 2. 2. 每天运行时间每天运行时间: : t （h） (通常按每天通常按每天24小时运行计

36、算小时运行计算) 3.3. 膜通量：膜通量： (m3/ m2 d) 4.4. 膜片有效面积膜片有效面积 : : 0.8 m2 /张张 5. 5. 膜片张数膜片张数: : n= Qd t/240.8 (张张)返回膜组件选型膜组件选型 1. 1. 同一膜生物反映器内应选同型号的膜组件同一膜生物反映器内应选同型号的膜组件, ,膜膜组件分为组件分为AS型、型、 FF型、型、ES型三种型三种. AS形适用于形适用于大型市政排水大型市政排水处理处理 FF型适用于型适用于地埋式小型污水处理地埋式小型污水处理 ES型适用于型适用于生活污水、工业废水生活污水、工业废水，是，是常用常用膜组件膜组件, ,尤其推荐作

37、为尤其推荐作为中水回用处理中水回用处理工艺。工艺。返回一体式MBR设计方法 槽内膜组件配置旋回流一体式MBR设计方法 槽内膜组件配置平面布局XXYY0.35X0.35X0.35X0.35X0.35Y0.35Y0.35Y0.35Y一体式MBR设计方法 槽内膜组件配置断面布局膜组件平面尺寸注:.膜组件间隔:1000-1300 .膜组件中心与池壁距离 650mm 型号长()宽()高()ES7514805102000ES10018305102000ES15021805102000ES20028005102000返回不同膜组件单排布置时池宽要求不同膜组件单排布置时池宽要求膜组件型号池宽()ES75180

38、02000ES10023002500ES20043004500返回膜生物反应器膜生物反应器( (MBR) )池容积计算池容积计算1 1、按所选膜组件确定、按所选膜组件确定MBR池容积池容积 平面面积平面面积 首先按液中膜组件的安装要求来确首先按液中膜组件的安装要求来确 定平面尺寸定平面尺寸. . 池深设计池深设计 可根据下图选择合适的池深。可根据下图选择合适的池深。ESES型型 膜组件可适应膜组件可适应2.50-3.00m2.50-3.00m水深，当水深，当 鼓风机压力允许情况下，可加大有鼓风机压力允许情况下，可加大有 效水深，对膜组件无影响。水面以效水深，对膜组件无

39、影响。水面以 上设上设0.5-1.0m0.5-1.0m保护高度保护高度. .返回池深设计池深设计返回按按BOD5容积负荷计算容积负荷计算( (MBR)池容积池容积 当膜生物反应器用来处理生活污水当膜生物反应器用来处理生活污水, ,特别是杂排特别是杂排水时水时, ,BOD5容积负荷容积负荷(NV)取取 1.0-1.5kgBOD5/m3d。池有效容积池有效容积 V= Qd S0NV (m3) 平面尺寸可按膜组件安装要求确定平面尺寸可按膜组件安装要求确定。山东恩特水处理科技有限公司返回比较两种算法最终确定比较两种算法最终确定( (MBR)池容积池容积 设计尺寸取上述设计尺寸取上述两种算法中的较大值两

40、种算法中的较大值，如，如按按BOD5容积负荷计算出的池容积大于按所容积负荷计算出的池容积大于按所选膜组件需要的池容积时选膜组件需要的池容积时, ,可设前置曝气池。可设前置曝气池。返回比较两种空气量确定最终空气量比较两种空气量确定最终空气量 比较按比较按膜组件膜组件保持良好工作环境所需要的空气量保持良好工作环境所需要的空气量与按与按生物生物处理需要的空气量处理需要的空气量, ,取较大值取较大值. .返回膜生物反应池设计实例膜生物反应池设计实例 某住宅小区欲将生活污水进行处理作再生水回用,处理水量为1000m3/d,其BOD5含量为200mg/l，处理后出水的BOD5为10mg/l。1. 膜通量

41、取0.4 m3/m2.d 2. 膜片数计算(按每天24小时运行计算) n = Qd24/240.8 = 10000.410.8= 3125张 返回 3. 膜组件选型ES200 n0=200 N=nn0=312520016组 4. 膜装置分为两系列：8组膜装置为一系列. 5. 膜生物反应器池有效容积计算:A.A. 按膜组件安装尺寸计算 ES200平面布置尺寸为：4.38.3m, 池深为3.0m 膜生物反应器有效容积: V=m2 =214 m3 返回 取BOD5容积负荷NV为1.0 kg/(m3.d) WBOD5 = QdS010-3 = 100020010-3 = 200 kg

42、.BOD5/d V= WBOD5NV = 2001.0 = 200 m3 由于根据BOD5容积负荷算出的池有效容积小于膜平面布置所得的池容积，故MBR池容积及尺寸按膜组件安装尺寸确定。 B. B. 按按BOD5容积负荷计算容积负荷计算返回膜生物反应器池体平面布置如下： 返回鼓风量的计算鼓风量的计算： A.A. 膜装置洗净所需空气： 每张膜洗净所需空气量 q = 12L/min MBR所需鼓风量G = Nn0q = 320012 = 38.4 m3 /min返回n B. B.生物处理所需空气量： 需氧量 OD = aLr + bSa = aQd(S0- Se) +bVXf MBR池内污泥浓度取X

43、 = 12000mg/l 由实际运行装置获得f = 0.8，b值取0.12 OD = 0.5 (200-10)10-31000 0.12214120.8 = 95 + 246.5 = 341.5 kg.O2/d所需空气量: G = OD/0.277e = 341.5/0.2770.03 = 41100m3/d = 28.55 m3/min返回 由于生物氧化所需空气量小于膜洗净所需空气 量，鼓风机的选择应以膜洗净所需空气量为依据， 可选送风量为40 m3/min左右的风机或总风量相同 的数台风机并联运行。 风口的压力以池深为依据，本例池深为3.0 m， 考虑到风管的阻力降，可取风压P= 3500

44、mm水柱 的风机。返回其他运行管理方面 其他运行管理方面的注意内容见PDF文件1或PDF文件2膜污染（Membrane fouling） Polarisation（极化） phenomena are reversible processes, but in practise, a continuous decline in flux can often be observed.FOULINGCONCENTRATIONPOLARISATIONTIMEFLUXFlux as a function of time. Both concentration polarization and foulin

45、g can be distinguishedMembrane foulingThe (ir)reversible deposition of retained particles, colloids, emulsions（乳化液）, suspensions, macromolecules, salts etc. on or in the membrane.The includes adsorption, pore blocking, precipitation and cake formation. Occurs in microfiltration and ultrafiltration.P

46、ressure driven processes, type of separation and the type of membrane used to determine the extent of fouling.Depends:-concentration,-temperature,-pH,-ionic strenght,-specific interactions (hydrogen bonding, dipole-dipole interactions)Methods to reduce fouling Pretreatment of the feed solution - hea

47、t treatment - pH adjustment - addition of complexing agents (EDTA(络合物) etc.) - adsorption onto active carbon - chemical clarification - premicrofiltration - preultrafiltration Membrane properties Module & process conditions Cleaning - hydraulic cleaning ( back-flushing ) - mechanical cleaning -

48、chemical cleaning - electric cleaningMembrane foulingFlux versus time behaviour in a given microfiltration process with and without back-flushingAlternate pressuring and depressuring and by changing the flow direction at a given frequency.After a given period of time, the feed pressure is released a

49、nd the direction of the permeate reversed from the permeate side to the feed side in order to remove the fouling layer within the membrane or at the membrane surface.平均水通量及允许每年水通量衰减率水源SDI水通量，gal/(ft2d) 水通量衰减率，%/a地表水258147.39.9井水214 184.47.3反渗透产品水120302.34.4卷式反渗透元件对进水水质的要求卷式反渗透元件对进水水质的要求 项目项目膜类型膜类型悬浮

50、物悬浮物含量，含量，mg/Lmg/L淤塞密度淤塞密度指数指数SDISDIpHpH值值化学需氧量，化学需氧量，mg/L(KMnOmg/L(KMnO4 4法，以法，以O O2 2计）计）游离氯含游离氯含量，量，mg/Lmg/L( (以以ClCl2 2计）计）铁含量，铁含量，mg/L(mg/L(以以FeFe计）计）醋酸纤维膜醋酸纤维膜0.345.06.05复合膜复合膜1535纳滤膜处理系统设计纳滤膜处理系统设计/运行几点考虑运行几点考虑预处理方案预处理方案方案一方案一方案二方案二方案三方案三在线混凝在线混凝MMFMMFCFSDI4CMFCFSDI3在线混凝在

51、线混凝MMFGACCF方案四方案四絮凝絮凝澄清澄清MMFCF方案五方案五国产国产UFCFMMF多介质过滤、多介质过滤、GAC锰砂过滤、锰砂过滤、CF炭滤、炭滤、CMF连续微滤、连续微滤、UF超滤超滤 纳滤膜处理系统设计纳滤膜处理系统设计/运行几点考虑运行几点考虑消毒杀菌方案消毒杀菌方案1. 氧化性杀菌剂氧化性杀菌剂 + 还原剂还原剂Cl2/NaClO/O3/H2O2/其他其他+ NaHSO3/GAC2. 非氧化性杀菌剂非氧化性杀菌剂陶氏公司陶氏公司 DBNPA (50-170ppm, 3h/周周)贝迪公司贝迪公司 881(400ppm, 30min/周周)甲醛甲醛 (0.5-3.0%)其他兼容性药剂其他兼容性药剂3. 氧化性杀菌剂氧化性杀菌剂 + 还原剂还原剂 + 非氧化性杀菌剂非氧化性杀菌剂纳滤膜处理系统设计纳滤膜处理系统设计/运行几点考虑运行几点考虑阻垢方案阻垢方案一个合理的阻