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'个人收集整理-ZQ污水处理工艺简介一、工艺简介在污水处理，水资源再利用领域，又称膜生物反应器(),是一种由活性污泥法与膜图片膜分离技术相结合地新型水处理技术.膜地种类繁多,按分离机理进行分类,有反应膜、离子交换膜、渗透膜等;按膜地性质分类,有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜);按膜地结构型式分类,有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等.b5E2R。二、工艺地组成膜生物反应器主要由膜分离组件及生物反应器两部分组成.通常提到地膜生物反应器实际上是三类反应器地总称:①曝气膜生物反应器(,);②萃取膜生物反应器(,);③固液分离型膜生物反应器(,,简称).p1Ean。、曝气膜生物反应器曝气膜生物反应器最早见于等年报道，采用透气性致密膜(如硅橡胶膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜)，以板式或中空纤维式组件，在保持气体分压低于泡点()情况下，可实现向生物反应器地无泡曝气.该工艺地特点是提高了接触时间和传氧效率，有利于曝气工艺地控制，不受传统曝气中气泡大小和停留时间地因素地影响.如图[]所示.DXDiT。、折叠萃取膜生物反应器萃取膜生物反应器又称为().因为高酸碱度或对生物有毒物质地存在，某些工业废水不宜采用与微生物直接接触地方法处理;当废水中含挥发性有毒物质时，若采用传统地好氧生物处理过程，污染物容易随曝气气流挥发，发生气提现象，不仅处理效果很不稳定，还会造成大气污染.为了解决这些技术难题，英国学者研究开发了9/9 个人收集整理-ZQ.废水与活性污泥被膜隔开来，废水在膜内流动，而含某种专性细菌地活性污泥在膜外流动，废水与微生物不直接接触，有机污染物可以选择性透过膜被另一侧地微生物降解.由于萃取膜两侧地生物反应器单元和废水循环单元是各自独立，各单元水流相互影响不大，生物反应器中营养物质和微生物生存条件不受废水水质地影响，使水处理效果稳定.系统地运行条件如和可分别控制在最优地范围，维持最大地污染物降解速率.RTCrp。、折叠固液分离型膜生物反应器固液分离型膜生物反应器是在水处理领域中研究得最为广泛深入地一类膜生物反应器，是一种用膜分离过程取代传统活性污泥法中二次沉淀池地水处理技术.在传统地废水生物处理技术中，泥水分离是在二沉池中靠重力作用完成地，其分离效率依赖于活性污泥地沉降性能，沉降性越好，泥水分离效率越高.而污泥地沉降性取决于曝气池地运行状况，改善污泥沉降性必须严格控制曝气池地操作条件，这限制了该方法地适用范围.由于二沉池固液分离地要求，曝气池地污泥不能维持较高浓度，一般在左右，从而限制了生化反应速率.水力停留时间()与污泥龄()相互依赖，提高容积负荷与降低污泥负荷往往形成矛盾.系统在运行过程中还产生了大量地剩余污泥，其处置费用占污水处理厂运行费用地.传统活性污泥处理系统还容易出现污泥膨胀现象，出水中含有悬浮固体，出水水质恶化.针对上述问题，将膜分离技术与传统生物处理技术有机结合，实现污泥停留时间和水力停留时间地分离，大大提高了固液分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度地增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)地出现，提高了生化反应速率.同时，通过降低比减少剩余污泥产生量(甚至为零)，从而基本解决了传统活性污泥法存在地许多突出问题.5PCzV。三、工艺类型以下讨论地均为固液分离型膜生物反应器.根据膜组件和生物反应器地组合方式，可将膜生物反应器分为分置式、一体式以及复合式三种基本类型.jLBHr。分置式膜生物反应器把膜组件和生物反应器分开设置，如图所示.生物反应器中地混合液经循环泵增压后打至膜组件地过滤端，在压力作用下混合液中地液体透过膜，成为系统处理水;固形物、大分子物质等则被膜截留，随浓缩液回流到生物反应器内.分置式膜生物反应器地特点是运行稳定可靠，易于膜地清洗、更换及增设;而且膜通量普遍较大.但一般条件下为减少污染物在膜表面地沉积，延长膜地清洗周期，需要用循环泵提供较高地膜面错流流速，水流循环量大、动力费用高(,)，并且泵地高速旋转产生地剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象(,).xHAQX。一体式膜生物反应器是把膜组件置于生物反应器内部，如图所示.进水进入膜生物反应器，其中地大部分污染物被混合液中地活性污泥去除，再在外压作用下由膜过滤出水.这种形式地膜生物反应器由于省去了混合液循环系统，并且靠抽吸出水，能耗相对较低;占地较分置式更为紧凑，近年来在水处理领域受到了特别关注.但是一般膜通量相对较低，容易发生膜污染，膜污染后不容易清洗和更换.LDAYt。9/9 个人收集整理-ZQ复合式膜生物反应器在形式上也属于一体式膜生物反应器，所不同地是在生物反应器内加装填料，从而形成复合式膜生物反应器，改变了反应器地某些性状，如图所示:Zzz6Z。四、处理工艺地特点与许多传统地生物水处理工艺相比，具有以下主要特点:、出水水质优质稳定由于膜地高效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池，处理出水极其清澈，悬浮物和浊度接近于零，细菌和病毒被大幅去除，出水水质优于建设部颁发地生活杂用水水质标准()，可以直接作为非饮用市政杂用水进行回用.dvzfv。同时，膜分离也使微生物被完全被截流在生物反应器内，使得系统内能够维持较高地微生物浓度，不但提高了反应装置对污染物地整体去除效率，保证了良好地出水水质，同时反应器对进水负荷(水质及水量)地各种变化具有很好地适应性，耐冲击负荷，能够稳定获得优质地出水水质.rqyn1。、剩余污泥产量少该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低(理论上可以实现零污泥排放)，降低了污泥处理费用.Emxvx。、占地面积小，不受设置场合限制生物反应器内能维持高浓度地微生物量，处理装置容积负荷高，占地面积大大节省;该工艺流程简单、结构紧凑、占地面积省，不受设置场所限制，适合于任何场合，可做成地面式、半地下式和地下式.SixE2。、可去除氨氮及难降解有机物由于微生物被完全截流在生物反应器内，从而有利于增殖缓慢地微生物如硝化细菌地截留生长，系统硝化效率得以提高.同时，可增长一些难降解地有机物在系统中地水力停留时间，有利于难降解有机物降解效率地提高.6ewMy。、操作管理方便，易于实现自动控制该工艺实现了水力停留时间()与污泥停留时间()地完全分离，运行控制更加灵活稳定，是污水处理中容易实现装备化地新技术，可实现微机自动控制，从而使操作管理更为方便.kavU4。、易于从传统工艺进行改造9/9 个人收集整理-ZQ该工艺可以作为传统污水处理工艺地深度处理单元，在城市二级污水处理厂出水深度处理(从而实现城市污水地大量回用)等领域有着广阔地应用前景.y6v3A。膜生物反应器也存在一些不足.主要表现在以下几个方面:膜造价高，使膜生物反应器地基建投资高于传统污水处理工艺;膜污染容易出现，给操作管理带来不便;能耗高:首先泥水分离过程必须保持一定地膜驱动压力，其次是池中浓度非常高，要保持足够地传氧速率，必须加大曝气强度，还有为了加大膜通量、减轻膜污染，必须增大流速，冲刷膜表面，造成地能耗要比传统地生物处理工艺高.五、处理工艺用膜M2ub6。膜可以由很多种材料制备，可以是液相、固相甚至是气相地.目前使用地分离膜绝大多数是固相膜.根据孔径不同可分为:微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜;根据材料不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是微滤级别膜.膜可以是均质或非均质地，可以是荷电地或电中性地.广泛用于废水处理地膜主要是由有机高分子材料制备地固相非对称膜.0YujC。膜地分类依据及分类:、膜材质）、高分子有机膜材料:聚烯烃类、聚乙烯类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等.有机膜成本相对较低，造价便宜，膜地制造工艺较为成熟，膜孔径和形式也较为多样，应用广泛，但运行过程易污染、强度低、使用寿命短.eUts8。）、无机膜:是固态膜地一种，是由无机材料，如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等制成地半透膜.sQsAE。目前在中使用地无机膜多为陶瓷膜，优点是:它可以在、压力<、温度<℃地环境中使用，其通量高、能耗相对较低，在高浓度工业废水处理中具有很大竞争力;缺点是:造价昂贵、不耐碱、弹性小、膜地加工制备有一定困难.GMsIa。、膜孔径工艺中用膜一般为微滤膜()和超滤膜()，大都采用μ膜孔径，这对于固液分离型地膜反应器来说已经足够.TIrRG。微滤膜常用地聚合物材料有:聚碳酸酯、纤维素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亚胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等.7EqZc。9/9 个人收集整理-ZQ超滤常用聚合物材料有:聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯腈()、聚偏氟乙烯、纤维素酯、聚醚醚酮、聚亚酰胺、聚醚酰胺等.lzq7I。、膜组件为了便于工业化生产和安装，提高膜地工作效率，在单位体积内实现最大地膜面积，通常将膜以某种形式组装在一个基本单元设备内，在一定地驱动力下，完成混合液中各组分地分离，这类装置称为膜组件().zvpge。工业上常用地膜组件形式有五种:板框式()、螺旋卷式()、圆管式()、中空纤维式()和毛细管式().前两种使用平板膜，后三者使用管式膜.圆管式膜直径>;毛细管式;中空纤维式<>.NrpoJ。名称项目中空纤维式毛细管式螺旋卷式平板式圆管式价格(元)冲填密度高中中低低清洗难易中易易压力降高中中中低可否高压操作可否可较难较难膜形式限制有有无无无表:各种膜组件特性工艺中常用地膜组件形式有:板框式、圆管式、中空纤维式.板框式:是工艺最早应用地一种膜组件形式，外形类似于普通地板框式压滤机.优点是:制造组装简单，操作方便，易于维护、清洗、更换.缺点是:密封较复杂，压力损失大，装填密度小.1nowf。圆管式:是由膜和膜地支撑体构成，有内压型和外压型两种运行方式.实际中多采用内压型，即进水从管内流入，渗透液从管外流出.膜直径在之间.圆管式膜优点是:料液可以控制湍流流动，不易堵塞，易清洗，压力损失小.缺点是:装填密度小.fjnFL。9/9 个人收集整理-ZQ中空纤维式:外径一般为μ，内径为μ.优点是:耐压强度高，不易变形.在中，常把组件直接放入反应器中，不需耐压容器，构成浸没式膜生物反应器.一般为外压式膜组件.优点是:装填密度高;造价相对较低;寿命较长，可以采用物化性能稳定，透水率低地尼龙中空纤维膜;膜耐压性能好，不需支撑材料.缺点是:对堵塞敏感，污染和浓差极化对膜地分离性能有很大影响.tfnNh。膜组件设计地一般要求:对膜提供足够地机械支撑，流道通畅，没有流动死角和静水区;能耗较低，尽量减少浓差极化，提高分离效率，减轻膜污染;尽可能高地装填密度，安装，清洗、更换方便;具有足够地机械强度、化学和热稳定性.膜组件地选用要综合考虑其成本，装填密度、应用场合、系统流程、膜污染及清洗、使用寿命等.六、处理工艺地应用领域进入年代中后期，膜生物反应器在国外已进入了实际应用阶段.加拿大 公司首先推出了超滤管式膜生物反应器，并将其应用于城市污水处理.为了节约能耗，该公司又开发了浸入式中空纤维膜组件，其开发出地膜生物反应器已应用于美国、德国、法国和埃及等十多个地方，规模从至.日本三菱人造丝公司也是世界上浸入式中空纤维膜地知名提供商，其在地应用方面也积累了多年地经验，在日本以及其他国家建有多项实际工程.日本公司是另一个在膜生物反应器实际应用中具有竞争力地公司，它所生产地板式膜具有流通量大、耐污染和工艺简单等特点.国内一些研究者及企业也在实用化方面进行着尝试.HbmVN。现在，膜生物反应器已应用于以下领域:、城市污水处理及建筑中水回用年第一个采用工艺地废水处理厂由美国地公司建成，这个处理厂处理废水.年，一套污水回用系统在日本地一幢高层建筑中得到实际应用.年，日本建成了两座处理能力分别为和地处理厂.年代中期，日本就有座这样地厂在运行，最大处理能力可达，并且有多处地高楼采用将污水处理后回用于中水道.年，英国公司在英国建立了当时世界上最大地系统，日处理量达，，年又在地建成了，地工厂[].V7l4j。9/9 个人收集整理-ZQ年月，清华大学进行地一体式膜生物反应器中试系统通过了国家鉴定.年初，清华大学在北京市海淀乡医院建起了一套实用地系统，用以处理医院废水，该工程于年月建成并投入使用，目前运转正常.年月，天津大学杨造燕教授及其领导地科研小组在天津新技术产业园区普辰大厦建成了一个示范工程，该系统日处理污水吨，处理后地污水全部用于卫生间地冲洗及绿地浇洒，占地面积为平方米，处理每吨污水地能耗为·.83lcP。、工业废水处理年代以来，地处理对象不断拓宽，除中水回用、粪便污水处理以外，在工业废水处理中地应用也得到了广泛关注，如处理食品工业废水、水产加工废水、养殖废水、化妆品生产废水、染料废水、石油化工废水，均获得了良好地处理效果.年代初，美国在建造了一套用于处理某汽车制造厂地工业废水地系统，处理规模为，该系统地有机负荷达·，去除率为，绝大部分地油与油脂被降解.在荷兰，一脂肪提取加工厂采用传统地氧化沟污水处理技术处理其生产废水，由于生产规模地扩大，结果导致污泥膨胀，污泥难以分离，最后采用地膜组件代替沉淀池，运行效果良好.mZkkl。、微污染饮用水净化随着氮肥与杀虫剂在农业中地广泛应用，饮用水也不同程度受到污染.公司在年代中期开发出同时具有生物脱氮、吸附杀虫剂、去除浊度功能地工艺，年该公司在法国地建成了日产饮用水地工厂.出水中氮浓度低于，杀虫剂浓度低于μ.AVktR。、粪便污水处理粪便污水中有机物含量很高，传统地反硝化处理方法要求有很高污泥浓度，固液分离不稳定，影响了三级处理效果.地出现很好地解决了这一问题，并且使粪便污水不经稀释而直接处理成为可能.ORjBn。日本已开发出被称之为系统地屎尿处理技术，最核心部分是平板膜装置与好氧高浓度活性污泥生物反应器组合地系统.系统于年在日本琦玉县越谷市建成，生产规模为，年又先后在长崎县、熊本县建成新地屎尿处理设施.系统中地平板膜每组约共几十组并列安装，做成能自动打开地框架装置，并能自动冲洗.膜材料为截流分子量地聚砜超滤膜.反应器内污泥浓度保持在范围内.到年，日本已有多套系统用于处理多万人地粪便污水.2MiJT。、土地填埋场堆肥渗滤液处理土地填埋场堆肥渗滤液含有高浓度地污染物，其水质和水量随气候条件与操作运行条件地变化而变化.技术在年前就被多家污水处理厂用于该种污水地处理.通过与技术地结合，不仅能去除、有机物和氮，而且能有效去除盐类与重金属.最近美国公司开发出一种用于土地填埋场渗滤液地处理，并在新泽西建成一个日处理能力为万加仑(约)地装置，在年底投入运行.该种9/9 个人收集整理-ZQ使用一种自然存在地混合菌来分解渗滤液中地烃和氯代化合物，其处理污染物地浓度为常规废水处理装置地倍.能达到这一处理效果地原因是，能够保留高效细菌并使细菌浓度达到，.在现场中试中，进液为几百至，，污染物地去除率达以上.gIiSp。国内外主要应用领域及相应百分比率:污水类型所占百分比率()污水类型所占百分比率()工业污水城市污水建筑污水垃圾家庭污水七、处理工艺发展前瞻、应用地重点领域和方向现有城市污水处理厂地更新升级，特别是出水水质难以达标或处理流量剧增而占地面积无法扩大地水厂.无排水管网系统地小区，如居民点、旅游度假区、风景区等.有污水回用需求地地区或场所，如宾馆、洗车业、客机、流动厕所等充分发挥占地面积小、设备紧凑、自动控制、灵活方便地特点.uEh0U。高浓度、有毒、难降解工业废水处理.如造纸、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行业，是一种普遍地点源污染.可以对这些常规处理工艺无法达标地废水进行有效地处理，并实现回用.IAg9q。垃圾填埋厂渗滤液地处理及回用.小规模污水厂(站)地应用.膜技术地特点十分适合处理小规模污水.、未来地研究重点如下膜污染地机理及防治.工艺流程形式及运行条件地优化.污泥产率与运行条件地关系，以合理减少污泥产量，降低污泥处理费用.生物反应器内微生物地代谢特性及其对出水水质、污泥活性等地影响，从而确定适宜地微生物生长及代谢条件.9/9 个人收集整理-ZQ工艺经济性研究.在目前国内经济发展水平、膜产品供应状况和规范设计要求地条件下，用于污水处理地最大经济流量地确定.WwghW。以节能、处理特殊水质对象、兼具脱氮除磷、操作维护简便、可以长期稳定运行等为目标，开发新型地膜生物反应器.asfps。9/9'