膜技术在污水治理及回用中的应用

膜技术在污水治理及回用中的应用

源广涛

广州蓝碧环境科学工程顾问有限公司广东广州510507

摘要：近年来，由于膜技术具有运行费用低、无二次污染、管理简单、运行稳定、出水水质较好等特点，一直备受关注。本文简要分析了膜技术在处理废水应用存在的问题，并阐述了膜技术生物反应器用于废水处理及回用技术要点。

关键词：膜技术；废水处理；水资源回用；工业污染

随着城市用水资源短缺，以及水污染程度的不断加剧，人们对水问题的关注也日益增加。目前以各种膜分离技术为基础并结合各种传统工艺设施处理污水，正在成为城市污水处理领域有较大前景的方向之一。特别是污水需深度处理的地区，膜技术将是城市废水深度处理的首选技术。膜技术将作为城市人们解决各种水问题、缓解水危机的有效手段之一，将在城市污水处理以及生态文明建设中发挥着极其重要的作用。在城市污水的处理、回用中，膜技术过程常用于二级处理后的深度处理中，多以微滤（MF）、超滤（UF）替代常规深度处理中的沉淀、过滤、吸附、除菌等预处理，以纳滤（NF）、反渗透（RO）进行水的软化和脱盐。在中水回用中，目前使用最多的是以MF、UF与活性污泥组成的膜生物反应器(MBR)。

一、膜生物反应器的基本原理及分类

1.1膜生物反应器的基本原理

膜生物反应器(Membranebioreactor，MBR)是由生物反应器和膜分离技术相结合而成得反应系统。污染物在反应池中被降解，通过膜组件的过滤作用来实现水与污泥的分离。由于其具有污泥龄容易控制、高效截留微生物作用、能有效的进行固液分离、反应器内的微生物浓度很高，耐冲击负荷效果好、占地面积小，结构紧凑，工艺设备集中，有利于一体化自动控制等诸多优点而被广泛应用在污水处理之中。

1.2膜生物反应器的分类

目前，应用比较广泛的膜生物反应器主要有膜曝气生物反应器、萃取膜生物反应器、膜分离生物反应器三类。在污水处理中用的多为与活性污泥过程结合的膜生物反应器（MBR）。每一种膜生物反应器也有各自的特点：

1）曝气膜-生物反应器是指采用透气性致密膜（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的无泡曝气。主要特点是提高了接触时间和传氧效率，有利于曝气工艺的控制，不受传统曝气中气泡大小和停留时间的因素的影响。

2）萃取膜-生物反应器，通过废水与活性污泥被膜隔开来，废水在膜内流动，而含某种专性细菌的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的微生物降解。

3）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的一类膜-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的水处理技术，其分离效率依赖于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分离效率越高。

二、膜技术在处理废水过程存在的问题

膜技术在水处理领域具有广阔的应用推广前景，但目前仍存在大规模应用的技术限制。膜是膜分离的关键和核心，评价一种膜分离装置质量优劣的关键，就在于膜性能的好坏。膜材质、膜孔径大小、孔隙率亲/疏水性、电荷性质和粗糙度等，是影响膜污染的众多因素，通过对聚丙烯进行接枝聚合改性，减少了膜污染，通过两种聚合物共混的方法，研制了抗污染的超滤中空纤维膜。除了在抗污染方面对膜材料进行开发以外，针对当前膜材料普遍水通量低、价格昂贵等缺陷，国内外诸多研究人员在此投入了大量的精力，已经研制成功数百种适合各种用途的分离膜材料，取得了重要进展膜污染一直是MBR系统中一个难以克服的问题，它使膜的阻力增加，透水率下降，造成膜组件的频繁更换，严重影响了MBR系统的处理效果，导致MBR系统运行及管理费用较高。

生物细胞产生的胞外聚合物(EPS)，对污泥粘滞度和膜过滤阻力有重要影响，并由此进行了动力学分析，计算出EPS的数量级，建立了膜污染的数学模型。污泥特性对膜污染的作用机理。一般根据膜组件受污染的性质不同，将膜污染分为膜的污染和劣化两种。膜的污染是指由于在膜表面上形成了附着层或膜孔堵塞等外部因素，导致了膜性能的变化，由于膜表面形成了附着层而引起的膜污染，被称之为浓差极化。造成膜污染的另一个重要原因，是膜孔堵塞。悬浮物或水溶性大分子在膜孔中受到空间位阻，水溶性大分子在膜孔中的表面吸附、以及难溶性物质在膜孔中的析出，都可能产生膜孔堵塞。

三、膜技术在废水处理中的应用

目前，在污水处理中应用比较多的是分离膜生物反应器。分离膜生物反应器，是一种将膜分离技术与活性污泥法相结合的新型废水处理技术，工艺上它可以取代活性污泥法中的二沉池而进行固液分离，节省了占地面积，无需污泥回流而保持稳定的污泥浓度。在膜生物反应器处理工艺中，通过膜的高效截留作用，有效截留硝化菌，使硝化反应顺利进行，有效去除氨氮，同时可以截留难于降解的大分子有机物，延长其在反应器中的停留时间，使之得到最大限度的分解。

污水处理中采用膜分离技术多是以在回用为目标，膜分离活性污泥法，并不是以过滤处理水为对象，而是膜直接过滤和分离活性污泥而得到处理水的方法。活性污泥法是能絮凝分离的微生物集合体，在终沉池以沉淀分离，上清夜排放的方法；而膜分离活性污泥法是以过滤膜代替重力式终沉池完成泥水分离的方法。膜分离活性污泥法，按膜设置在生物反应槽外和槽内而分为槽外型和淹没型2种。槽外型要将膜放在耐压容器内并有循环水泵工作，而淹没型是将膜直接放入生物反应槽内以重力或者使用泵抽吸，不必使用耐压容器，该方法使用普遍。过滤膜是使用孔径0.1～0.4um大小的微孔膜(MF膜)，活性污泥粒径通常在1um以上，不能通过过滤膜，从而达到泥水分离目的。径细微孔径膜过滤后，出水不含悬浮物质，清沏透明，水质良好。传统的终沉池在高MLSS情况下难以沉淀分离，而采用膜分离法无此问题存在，即使在MLSS在10000～20000mg/L浓度也可运行，可大大缩短必要的处理时间。可省去终沉池，也可省去初沉沉、消毒设施。另外，污泥可从反应槽直接排除，免去设置污泥浓缩槽。可避免活性污泥膨胀，实现稳定运行，实现处理设施一体化预制和节省建设费用等优点。由于活性污泥颗粒比过滤膜孔径要大，难以进入膜孔内而堵塞。但是为了防止滤孔入口堵塞，通常，采取水流沿膜表面流动，从膜的下部送入空气等措施是必要的。精密过滤后出水非常清沏，不含大肠菌。但是色度、溶解性物质及病毒，用精密过滤膜不能去除。

四、结束语

与传统工艺相比，膜技术具有工艺简单、运行稳定、出水水质较好等特点，是中水回用技术领域的一个重要工艺路线。采用膜技术对其工业污水和生活污水进行深度处理，使其达到回用标准，既可缓解城市发展中生产用水不足的矛盾，又可解决污水不达标排放而造成的环境污染问题，将会越来越广泛的被应用于污水处理及回用工程中。

参考文献：

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