膜技术在我国污水回用中的应用

膜技术在我国污水回用中的应用

膜技术起源于20世纪60年代用于处理海水的渗透膜。经过近半个世纪的发展，从实验室到大规模应用的转变完成了。从各个行业的角度来看，膜技术得到了广泛应用。膜处理技术由于高效、实用、可调、节能和工艺简便,在污水回用领域也有普遍的应用。膜处理成为规模水处理设施的重要技术之一,膜技术作为深度处理中的新兴方法,是近10年来水处理领域最重要的技术突破。随着制造工艺的提高,曾被认为是十分昂贵的膜处理技术如今变得越来越经济,具有很强的竞争力。1深度处理单元技术污水回用技术多对二级出水进行深度处理。根据回用对象和水质要求的不同,可以选择不同的处理方式。城市污水深度处理的基本单元技术有:混凝(化学除磷)、沉淀(澄清、气浮)、过滤、消毒。对水质要求更高时采用的深度处理单元技术有:活性炭吸附、生物处理与生物过滤技术、膜处理技术、土地渗滤处理等。现在应用得较多的膜处理技术有微滤、纳米过滤、超滤、渗析、反渗透、电渗析、气体分离等。研究表明,当小规模处理厂(小于2×104t/d)所有的膜处理技术的单位体积水处理费用,均和传统处理工艺相当或更便宜。有资料表明,采用膜处理技术的污水厂其总投资和运行费用还将会继续下降。可见膜处理技术将对污水回用的发展产生深远的影响。以下将对比分析近几年国内几种新型的膜处理技术。1.1半死端滤波1.1.1压力容器+毛细管式膜dp半死端过滤技术是XIGATM的核心技术,采用8英寸(20cm)压力容器,在每个压力容器中放入多个膜组件。通常每个膜组件为1.5m长,毛细管式膜,膜丝内径0.8mm或1.5mm。膜过滤过程可分为过滤、反洗和化学加强反洗。1.1.2半死端过滤在大规模的水处理应用由于反冲洗不需加任何化学药剂,且运行时间很短,使得运行费用较低,使反冲洗成为除膜表面污垢方法之首选。半死端过滤在大规模的水处理应用主要表现在饮用水供水、地表水处理、海水处理和流体的回用。半死端过滤技术有非常广阔的应用前景,应用于小规模项目同样有很好的效果。1.2双膜法1.2.1连续流微过滤系统双膜法污水回用技术是利用连续流微滤和反渗透双膜分离技术对污水进行大规模再生回用,在预处理时采用连续流微滤膜技术工艺。连续流微过滤系统由微滤膜柱、压缩空气系统、反冲洗系统以及PLC自控系统组成。反渗透膜设备由PLC控制,能在线查询和故障报警。1.2.2双膜法再生水回用工程特点双膜法工艺不同于传统的污水深度处理技术,首次将再生水规模集中应用到工业高端用户。出水水质稳定,膜分离效果和膜组件寿命均提高很多,占地小,安装方便。正是因为这诸多优点,双膜法可以应用在工业用水、热源厂锅炉用水、园林及景观绿化用水、市政与其他杂用水等方面。双膜法再生水回用工程完全突破了污水深度处理的传统工艺,大幅度提高再生水水质,彻底改变了再生水应用于冲厕、园林绿化和工业冷却等的小规模局限性局面。我国天津市于2002年底试运行表明,再生水色度、浊度、pH值等19项指标不仅符合标准,而且接近直接饮用水水质标准。1.3反应系统的建立膜生物反应器(MBR)指将膜分离工程与生物工程相互组合形成的一个新的反应系统。膜生物反应器无论从整体构造还是膜组件所使用的膜来分类,都是多种多样的。以下重点分析一体化膜生物反应器、气升循环分体式膜生物反应器、流动床生物膜反应器及淹没复合式膜生物反应器。1.3.1综合膜生物处理器1曝气池的组成一体化膜生物反应器一般工艺过程为:原水由进水泵提升进入调节池,调节池出水通过溢流进入曝气池,曝气池由生物反应器和浸没在反应器中的膜组件两部分组成。膜件的不同可以构成不同形式的一体化膜生物反应器,如中空纤维膜生物反应器、旋转流膜生物反应器等。2对于一站式设备结构一体化膜生物反应器工艺出水水质良好,运行稳定,其出水可直接用于绿化、冲厕、洗车。一体式其特点在于比分体式减少了高强度的循环泵,因而节省能耗,其自身设备结构占地少。但一体式较分体式有个同样关键的缺点是膜的清洗非常不便,不仅工作繁杂,而且膜组件易受损,使膜寿命有所降低。1.3.2气升装置、膜生物检测器和气生产物1膜生物反应器工艺技术气升循环分体式膜生物反应器是一种将传统一体式和传统分体式膜生物反应器优点相结合的新型膜生物反应器工艺技术。由生物单元和膜分离单元构成,两个单元通过活性污泥循环管连接,循环管分下循环管和上循环管,在下循环管上装有阀门。生物单元可以是接触氧化法或活性污泥法的生物反应池。膜分离单元由膜池、膜组件、鼓风机及鼓气管构成,膜池底部装有排泥阀门。2生活污水回用气升循环分体式膜生物反应器技术优点集中表现在:膜单元维护便捷,膜可在线化学清洗,膜清洗对生物单元和系统正常运行影响较小;处理生活污水和厕所粪便污水,处理水均能达到生活杂用水回用标准,使污水得到再生利用;既具有一体式能耗小的特点,又具有分体式好维护管理的特性。1.3.3流动床生物膜反应1技术要素的组成流动床生物膜反应器处理工艺典型流程由原水池、原水泵、泥水混合池、反应器、脱气池、混凝池、絮凝池和沉淀池构成。2流动床生物膜反应器工艺的应用反应器内进水流和曝气流形成逆流,增大气、水接触面积;且池内载体填料在反应器内部由于导流板的作用形成循环流动运动,提高了氧利用率,有利于氧的转移;反应器内所用载体填料多采用多孔胶粒,具有较大比表面积,使得反应器内部保持较高的微生物量;填料的多孔性,使其与传统填料相比更易挂膜,初期运行及检修后极易恢复正常运行。若在反应器处理后的出水中加入一定量的铁盐,还可有效提高污泥活性,改善污泥沉降性能。流动床生物膜反应器工艺是一项较成熟的生物处理技术,处理效率高,出水水质好,设备占地仅为传统设备的1/4～1/8。在韩国已有近20年的研究与实践,得到了越来越广泛的应用。1.3.4合并膜生物反应1生物反应器、气液分离淹没复合式膜生物反应器是根据水处理工艺学理论,将复合式膜生物反应器设计成淹没式,把膜组件直接放入反应器内,靠真空抽吸使得气液分离;并根据流体力学理论,将反应器底部设计成锥型,通过底部的曝气器,使载体和污泥均处于活化状态。2膜组件分离出液管淹没复合式膜生物反应器常以海绵管状生物膜为载体,反应器内同时存在附着相生物膜和悬浮相活性污泥,使得反应器内微生物浓度很高,增强了废水处理能力;它将膜组件置于反应器内,靠真空抽吸进行固液分离,使污染物去除效率提高,出水水质好。此反应器能耗小,省空间。对于高层建筑的中水回用、居住小区生活污水的处理与回用、污水处理要求高或出水需回用或用地紧张的地方,中小规模的高、低浓度有机工业废水的处理,以及难降解有机物的废水,该技术将具有较大的应用潜力。2新型膜材料和膜过程的开发将开辟膜技术的应用空间膜技术现已形成相当的规模和产业。在海水和苦咸水淡化、纯化和超纯水制备、污水处理和回用、废水(液)处理、物料分离和浓缩等方面已成为单元操作,并被广泛应用于电力、电子、化工、医药、食品和饮料等行业,取得了明显的社会和经济效益。新型膜材料和膜过程的改进与开发将开辟膜技术更为广泛的应用空间。今后的膜产业将围绕水源开发、气体分离、有用组分的回收以及医药、电子等市场的需求,建立节能环保的新工艺和新技术。为保证可持续发展的要求,进一步提高生产效率,使资源得以有效利用,集成膜技术是膜发展趋势中最为关键的环节。集成膜过程是将超滤-微滤与反渗透(纳滤)结合使用,形成能够满足各种回用目的的污水深度处理工艺。膜集成污水再生工艺具有系统稳定、维护少、占地小、化学品用量少、流程简单和运行费用低等优点。集成膜技术是与传统工艺相结合,极大地发挥了各种膜处理技术的优势,充分体现膜技术的节能、低耗、高效等优越性,有效地降低生产成本,使膜技术有更广阔的发展空间。膜集成过程是今后膜科学发展中应加