第23卷第4期膜科學(xué)與技術(shù)Vol 23 No 42003年8月MEMBRANE SCIENCE AND TECHNOLOG YAug.2003文章編號(hào):007-8924203)4-0255-06集成膜過程污水深度處理工藝翟建文(中藍(lán)膜技術(shù)有限公司,北京100029)摘要:介紹了集成膜過程及其在污水深度處理方面的應(yīng)用.集成膜過程是將超濾/微濾與反滲透或納濾相結(jié)合形成能夠滿足各種回用目的的污水深度處理集成工藝.PV)F、P、PE、PES等超濾/微濾膜抗污染反滲透復(fù)合膜具有化學(xué)穩(wěn)定性髙、耐污染、裝填密度高等特點(diǎn)適宜于規(guī)?；鬯幚砦鬯幚碛贸瑸V/微濾膜以中空纖維為主系統(tǒng)技術(shù)采用了低壓運(yùn)行、頻數(shù)氣水、透過液沖、氣水沖洗等抗污染工藝能夠維持穩(wěn)定的通量、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低、產(chǎn)水質(zhì)量穩(wěn)定.二級(jí)出水的集成膜系統(tǒng)工藝已成熟并得以廣泛推廣計(jì)針對原廢水的集成膜工藝膜生物反應(yīng)器+反滲透還需要進(jìn)一步的工程化研究.關(guān)鍵詞:污水處理;污水回用;集成膜過程;微濾;超濾;反滲透;中空纖維;膜生物反應(yīng)器中圖分類號(hào):TQ028.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1污水深度處理與回用工藝類似主要的工藝單元有石灰澄清、重碳酸化、絮凝、沉降、過濾和氣浮等.根據(jù)具體污水排放物質(zhì)城市及工業(yè)污水經(jīng)過深度處理后可用于農(nóng)業(yè)灌的成分的不同處理方式有所差異4傳統(tǒng)預(yù)處理溉、工業(yè)生產(chǎn)、城市景觀、市政綠化、生活雜用、地下工芝見圖1圖2存在著工藝復(fù)雜、水利用率低、化水回灌和補(bǔ)充地表水等方面的研究與工程應(yīng)用121非直接飲用回PR是將污水進(jìn)行再生處進(jìn)水,NoH↓EN理后再注入地表或地下水體最終進(jìn)入飲用水源預(yù)氧化一反應(yīng)池][沉淀]→[@氧非計(jì)劃性的IPR在人類最早將污水排放到與水源地水系相連的區(qū)域時(shí)便發(fā)生了有計(jì)劃的IPR在美反滲透」[精濾}多介質(zhì)過濾」國是從20世紀(jì)60年代開始出現(xiàn)的2緩蝕阻垢劑傳統(tǒng)水處理技術(shù)能夠消除大部分污染物,將圖1采用傳統(tǒng)預(yù)處理的鋼鐵工業(yè)污水COD. BOD以及重金屬等污染物指標(biāo)降到安全排放回用處理工藝簡圖3標(biāo)準(zhǔn)或雜用水中水標(biāo)準(zhǔn)但無法完全消除排水中PAC殺菌滅藻劑所含的微量溶解性污染物.采用反滲透膜技術(shù)可徹底去除這些污染物實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格意義下的污水再生.但[混合器}→凝沉淀一[秒濾}→話性炭由于污水所含溶解性有機(jī)物及懸浮物會(huì)給反滲透膜造成嚴(yán)重的污染必須經(jīng)過嚴(yán)格的前處理使膜污染反滲透]一[精卜[超濾系統(tǒng)的傾向降低到最低程度3]緩蝕阻垢劑1.1傳統(tǒng)預(yù)處理工藝反滲透膜技術(shù)在20世紀(jì)70年代開始用于城市圖2采用傳統(tǒng)錯(cuò)流超濾飲化學(xué)冮業(yè)污水深度處理工藝簡圖3二級(jí)排水的深度處理預(yù)處理與傳統(tǒng)污水三級(jí)處理膜科學(xué)與技術(shù)第23卷學(xué)品消耗量大的弊病而且由于無法徹底去除生物2.1膜材料及膜構(gòu)型絮體及膠體物質(zhì)致使清洗頻繁影響了膜性能的發(fā)2.1.1·超濾/微濾揮和使用壽命1)膜材料常用的超濾、微濾膜材料有P(聚1.2集成膜過程砜)PES(聚醚砜)PE(聚乙烯)PP(聚丙烯集成膜過程是將超濾/微濾與反滲透(或納濾)PwⅧκ聚偏氟乙烯廂和PA聚丙烯腈)籌.由于市結(jié)合使用形成能夠滿足各種回用目的的污水深度政和工業(yè)污水處理系統(tǒng)的規(guī)模一般都比較大,對膜處理工藝超濾、微濾可以作為獨(dú)立的高級(jí)三級(jí)處理材料的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性和通量的穩(wěn)定性與易方法也是反滲透過程理想的預(yù)處理工藝抗污染能恢復(fù)性等方面要求較高.因此經(jīng)過親水改性的力強(qiáng)、性能優(yōu)越的超濾、微濾單元代替了復(fù)雜旳傳統(tǒng)PVD、P、ⅣE、PES是目前規(guī)?；幚響?yīng)用超濾處理工藝而且出水品質(zhì)遠(yuǎn)高于三級(jí)岀水指標(biāo)不但/微濾產(chǎn)品的主要材料,VDF的化學(xué)穩(wěn)定性、特別完全可以去除污水中的細(xì)菌和懸浮物,對αOD、是耐氯性能非常突出是一種比較理想的污水處理BO也有一定的去除效果5在超濾、微濾之后使膜材料η各種材料的物理性能、耐氧化性和耐酸用的反滲透膜其清洗周期由采用傳統(tǒng)預(yù)處理工藝性能對比見圖3、圖4、圖5.的3~4周增加到半年以上6膜集成污水再生工藝具有系統(tǒng)穩(wěn)定、維護(hù)少、占地小、化學(xué)品用量少、流程PE簡單和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)PS2超澽微濾+反滲透新一代中空纖維超濾(微濾)膜與傳統(tǒng)產(chǎn)品相PANPANPDI比具有機(jī)械強(qiáng)度高、抗氧化、抗污染、高通量等特PVDE點(diǎn).在運(yùn)行工藝上采用了低壓操作、反沖清洗、氣水沖洗等新技術(shù)使得超濾膜裝置能夠在污染傾向極0501001500拉伸強(qiáng)度/N強(qiáng)的污水介質(zhì)中保持穩(wěn)定的性能超濾膜的使用范延展性%圍因此擴(kuò)展到了能適應(yīng)于多種復(fù)雜的介質(zhì)環(huán)境同圖3膜材料的物理性能對比7時(shí)大大擴(kuò)展了反滲透技術(shù)的應(yīng)用范圍新一代的超2)膜構(gòu)型超濾膜主要有中空纖維、板(框?yàn)V膜及其系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)將膜技術(shù)帶到了一個(gè)全新的式、卷式和管式等主要構(gòu)型這4種膜可應(yīng)用在不同時(shí)代徹底改變了膜法水處理技術(shù)必須依托于復(fù)雜、的場合下的污水處理.相比之下中空纖維膜在成膜精細(xì)的預(yù)處理系統(tǒng)的形象使膜技術(shù)應(yīng)用于二級(jí)出工藝制造成本、裝填密度、組件工藝、運(yùn)行裝置等方水、三級(jí)出水以及多種原廢水等許多復(fù)雜的水質(zhì)體面具有明顯的優(yōu)勢因此在規(guī)?；哪ぜ晌鬯傧档纳疃忍幚?71生過程中得到了廣泛的應(yīng)用那則殺福R形02004006008001000004006008001000浸漬時(shí)間h浸漬時(shí)間/h■一PVDF;▲-PE:◆-PAN●一CA圖4各種膜材料耐氧化性比較圖5各種膜材料耐酸性比較翟建文:集成膜過程深度污水處理工藝2.1.2抗污染反滲透復(fù)合膜件中形成氣水混合流——塞流( slug flow膜表面由于傳統(tǒng)的反滲透膜應(yīng)用領(lǐng)域主要集中于海旳剪切強(qiáng)度比同樣體積流量旳純粹液體高對膜沉水、苦咸水和工藝用水的脫鹽過程改進(jìn)膜性能的工積物的清洗效果好12.而且由于空氣的密度和粘度作主要集中在提高膜的脫鹽率、水通量、耐氯性能和比水要小得多輸送同樣體積流速的空氣所需功耗完整性等而在污水處理應(yīng)用中生物污染、有機(jī)物也小得多污染成為影響膜性能首要問題.目前在改善膜的耐2)氣水反沖氣水反沖系統(tǒng)是最早在大規(guī)模污染性能方面已經(jīng)取得了眀顯的進(jìn)展并且實(shí)現(xiàn)了市政系統(tǒng)獲得成功商業(yè)應(yīng)用的微濾膜系統(tǒng)即所謂商業(yè)化即所謂新一代抗污染反滲透復(fù)合膜.抗污染連續(xù)微濾CMF系統(tǒng)11.在進(jìn)行反沖操作時(shí)壓縮空膜所采用的一些技術(shù)改進(jìn)有〗)降低膜表面的吸附氣首先驅(qū)動(dòng)透過液高速回流,然后空氣直接完全穿性通過對復(fù)合膜表面的二次修飾和改性處理增加透膜孔徹底清理膜面沉積物和膜孔內(nèi)的污染物.這膜表面的平整度8]降低膜面荷電都能夠有效防種氣水反沖操作對膜的拉伸強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性等機(jī)止膠體和污染性溶質(zhì)在膜表面的附著和沉積從而械性能要求較高有效地延緩膜通量的衰減.2)膜元件結(jié)構(gòu)改進(jìn)使2,.2.3內(nèi)壓柱式中空纖維用更短的卷膜葉片、更多的葉片數(shù)和較厚的料液流內(nèi)壓式中空纖維超濾膜系統(tǒng)基本上是一種傳統(tǒng)道改善了膜元件的壓力分布、壓力降和流道阻力等樣式采用頻繁透過液反沖保持膜通量的穩(wěn)定水力學(xué)性能改善了膜元件的濃差極化狀況并且易2.2.4動(dòng)力促進(jìn)膜過濾系統(tǒng)于清洗8動(dòng)力促進(jìn)膜過瀛( dynamic membrane filtration2.2超濾/微濾膜組件及裝置DMF過程是在膜分離操作中加入了料液循環(huán)泵之應(yīng)用于大型市政系統(tǒng)的超濾/微濾膜裝置與傳外的其他動(dòng)力系統(tǒng)用來消除濃度極化和膜的污染」統(tǒng)錯(cuò)流系統(tǒng)的主要區(qū)別在于前者基本上不考慮較1)振動(dòng)剪切促進(jìn)系統(tǒng)VSEP這是一種板框高的料液流速保持膜面高剪切速率以降低濃度極式結(jié)構(gòu)分離膜被固定在不銹鋼盤片上通過一個(gè)中化和壓力而是采用低壓和近似于死端過濾的運(yùn)行心軸向鋼片連續(xù)傳遞一種50Hz的高頻正弦波帶模式因此頻繁的透過液反沖洗和氣水沖洗成為對動(dòng)膜片振動(dòng)這種系統(tǒng)可以處理固體含量極高的復(fù)抗膜污染的基本工藝方法雜易污染物料」2.2.1浸沒式。2) Wastewizard這是一種商業(yè)化的DMF裝浸沒式膜組件是一種沒有外殼的外壓式中空纖置由多層平板膜構(gòu)成在平板膜之間裝有外力驅(qū)動(dòng)維組件纖維兩端安裝集液管通過集液管抽取透過的湍流促進(jìn)板是一種刻有螺線狀凹槽的圓盤可以液多個(gè)組件連接在一起組成一體安裝在一個(gè)框架處理各種復(fù)雜的污染性料液體系比如含油污水、發(fā)中再放進(jìn)膜池池子的大小取決于裝置的處理量浸沒式膜過濾系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力為真空負(fù)壓膜組件席酵液等2.3運(yùn)行狀況部裝有曝氣裝置利用氣泡上升過程中產(chǎn)生的紊流微濾與反滲透配合使用用于污水的再生處理,清潔膜面.浸沒式系統(tǒng)保持穩(wěn)定通量的另外一個(gè)措已經(jīng)在20世紀(jì)90年代初期成功實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化131,施是采用間歇抽吸或透過液頻繁反沖浸沒式平板成為有代表性的集成膜過程工藝,即所謂MF+RO膜7的結(jié)構(gòu)與中空纖維類似雙膜過程.繼氣水反沖微濾系統(tǒng)之后浸沒式、氣水2.2.2外壓柱式中空纖維雙洗超濾/微濾系統(tǒng)也成功地加入了集成膜過程在自來水和二沉池出水處理中使用的外壓柱式中空纖維膜組件趨向于大型化,組件直徑一般為表1 Memcor cme和 ZeeWeed mF系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)915.24cm或20.32cm膜面積為30~80m2,運(yùn)行壓力不大于0.3MPa水通量50~100Lm2h)Memcor cmf Zee Weed MF跨膜壓力TMP/MPa0.021~0.1380.021~0.0621)氣水雙洗氣水沖洗和反沖洗配合使用簡膜通量/L:m2h-1)34-68稱為氣水雙洗.氣水沖洗過程與浸沒式系統(tǒng)的膜底反沖頻率/min15~206~12膜科學(xué)與技術(shù)第23卷Lozier「0對CMH氣水反沖廂Zewe漫沒表3CMF實(shí)際運(yùn)行情況9式溦微濾裝置與反滲透結(jié)合使用處理市政二級(jí)排水累計(jì)運(yùn)行清洗前TMP清洗后TMP化學(xué)清洗浸泡的情況進(jìn)行了長期對比考察.結(jié)果證明這2種微濾時(shí)間/h/MPa/MPa時(shí)間/h裝置都能夠荻得反滲透裝置的水質(zhì)要求運(yùn)行穩(wěn)定0.110l~1.5表2 Zee Weed me實(shí)際運(yùn)行情況9417l~1.5項(xiàng)目過濾通量(上nin1)真空度/kPa溫度反沖前反沖后反沖前反沖后/℃1.1清洗前50.76.073213700.1360.0772.2清洗后1250.76.0716640.0790.0452首次 Naocl清洗后101037.14.5030二次NOCl清洗后121233.84.503022150.1183NaOCl過液浸泡后未測15未測25630.1200.0532表4處理水質(zhì)9參數(shù)原水Zee weed產(chǎn)水TF產(chǎn)水均最小最大平均最小最大平均最最大TDS( mg L)1919641407121697514101211977電導(dǎo)率/pScm1)197015202500202715752625200215602410TOC/ mg L)7.66.97.46.77.596.1色度10.172.57.60.015.0017紫外吸收254mm/I:cm-1)0.1170.1060.1470.1200.1060.1420.1170.1010.139H7.066.677.416.076.36136.66度/NTU2.9426.00.130.030.570.130.03污泥密度指數(shù)SD2.660.132.460.40HPCA CFU mL I)676161003216130001655總大腸桿菌( CFU ml1)0.170.030.310.0800.1無無無膜生物反應(yīng)器+反滲透表6MBR運(yùn)行參數(shù)151目標(biāo)值正常流量高峰流量膜生物反應(yīng)器用超濾和微濾膜組件取代了澄清曝氣池通風(fēng)量(min-1)>126016521708池與澄清池不同的是膜是一個(gè)微生物的屏障能夠沖時(shí)間/s1515捕獲所有的微生物使其在反應(yīng)器中再循環(huán).與傳統(tǒng)反沖周期/min混合液循環(huán)速率懸浮生長活性污泥工藝相比MB3工藝有如下優(yōu)AL min I)>136182點(diǎn)(1胺裝空間小(2)體分離率高消除泄漏):通量(Lm2h-1)31.8/46.431.845.23消毒(4增加了比體積負(fù)載(5冰力停留時(shí)間膜池通風(fēng)量(L:nin-1)700840700和生物量停留時(shí)間沒有關(guān)聯(lián)〔6)延長了泥齡污泥沖前透過液流速24.6/4024.634.8產(chǎn)量小(7)停留時(shí)間有利于生長緩慢的微生物的培養(yǎng)比如硝化菌〔8丶保留高分子有機(jī)物能促進(jìn)降反沖后透過液流速6.7011.10min表5MBR裝置生物處理性能指標(biāo)15溫度/℃31.2O mg L)1.53~3.19TMP/MP0.017-0.0590.019052LSS/ mg L-l)6700~14070反沖前真空度/kP17.3~58.419.351.7MLVSS/ mg L)4800-10243反沖后真空度/kP17.353.7日排泥量/L363~689污泥產(chǎn)率1.14-2.03解和生物絮凝1451第4期翟建文:集成膜過程深度污水處理工藝可以直接處理原廢水的集成膜過程污水再生系統(tǒng).2-1排列Lozier等151通過一個(gè)中試試驗(yàn)考察了MBR+RO表7反滲透原水MBR產(chǎn)水冰質(zhì)151反滲透道接處理市政廢水的情況實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,參數(shù)數(shù)值MBR出水達(dá)到了RO裝置要求的SDl、濁度、有機(jī)濁度/NTU0.11~0.18物含量、微生物等指標(biāo)但是反滲透膜的污染情況依SDI然很嚴(yán)重.MR裝置采用了一支 Zee Weed ZwHPC/ CFU mL-1)865-3274500膜組件.RO裝置采用了36支LFC-12540膜表8RO系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果5壓力/MPa回收率/%通量/L:m2h1)、電導(dǎo)率(Scm1)進(jìn)料段濃縮液原水段間濃縮液透過液13.10.860.431798352010463.80.620.520.4318143510501717.90.700.590.5117413404998l180.601549497079.320.20.880.74l731384172101054結(jié)論wastewater reclamation[ A ] The 2eInternational Conference on Application of Membrane1)集成膜過程在污水深度處理中有許多優(yōu)點(diǎn)echnolog[ C l Beijing 2002系統(tǒng)穩(wěn)定,維護(hù)少,占地小化學(xué)品用量少流程簡[4屬富夫亂岡富,徐平膜分離技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)單運(yùn)行費(fèi)用低用A]分離膜技術(shù)應(yīng)用論文匯緘C]美國海德能公司北京20022)pwD)F、P、PE、PES等超濾/微濾膜抗污染5] Lozier J, Bergman R. Membrane processes in water reuse反滲透復(fù)合膜具有化學(xué)穩(wěn)定性高、耐污染、裝填密度[A] Proceedings of Water Reuse Symposiunt C].Den高等特點(diǎn)適宜與規(guī)?；鬯幚韛er, Colorado: 19943)污水處理用超濾/微濾膜以中空纖維為主[6] Leslie G L, Dunivin WR, Gabilet P et al. Pilot testing of系統(tǒng)技術(shù)采用了低壓運(yùn)行、頻繁(氣水、透過液microfiltration and ultrafiltration upstream of reverse osmo-沖、氣水沖洗等抗污染工藝能夠維持穩(wěn)定的通量,sis during reclamation of municipal wastewater A ] Pro運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低產(chǎn)水質(zhì)量穩(wěn)定ceedings of ADA Biennial Conference C ], Monterey, Cal4)針對二級(jí)出水的集成膜系統(tǒng)工藝已經(jīng)成熟ifornia 1996并得到了廣泛推廣,針對原廢水的集成膜工藝[7] Henmi M, Matsuka n et al, Newly developed wastewaterMBR+RO還需要進(jìn)一步的工程化研究treatment(8 )systems using separation membranes[ A5)對污染物及其與膜的相互作用的理解有效Water Reuse& Desalination Con[ C ] Riyadh 2003 235的污染控制方法經(jīng)濟(jì)實(shí)用的膜清洗方法以及工程優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題的深入研究將有助于集成膜過程污[9]CeP, Buisson h, Pound c,etal. Immersed membraneactivated sludge for the reuse of municipal wastewater J]水深度技術(shù)的應(yīng)用和普及Desalination, 1997, 113: 189--196參考文獻(xiàn)10 ] Lozier J C. Wastewater reclamation pilot study city ofMcallen[ R ]. Texas Water Treatment Technology Pro[1]張悅鄭興燦.城市污水再生利用是緩解缺水危機(jī)的gram Report No. 26, Bureau of Reclamattion,1998重要途{A21世紀(jì)國際城市污水處理及資源化發(fā)[1] Glucina K, Laine Jm. Lyonnaise des Eaux- Cirsee ,et展戰(zhàn)略研討會(huì)與展覽會(huì)”會(huì)議論文C]北京201Integrated membrane systems for surface water treat[2] Anderson J.國際回用水的應(yīng)用實(shí)例研究Ar21世紀(jì)ment: Comparison of UF vS conventional pretreatment國際城市污水處理及資源化發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)與展覽會(huì)[A] Membrane Technology Conference: The Future of膜科學(xué)與技術(shù)第23卷[12 Verberka J JC, Worma G I M, Futselaarb h et al. [14 Adham S, Gagliardo P. Membrane bioreactors for waterCombined air- water flush in dead- end ultrafiltrationrepurification-phase I Desalination Research and Develwater science and technology J ] Water Supply, 2001,1opment Program Report No. 34[ R ]. Bureau of Reclama(5/6)393-40tion San Diego 199813 J Bruce D, Andy W, Memcor USF, et al. Wirksworth, [15 James C, Lozier P E, Angela M, et al. DemonstationDerbyshire DE4 4BG, UK Membrane pretreatment ofesting of zenogem and reverse osmosis for indirectreverse osmosis: Long-term experience on difficult wapotable reuse final technical report R l City of McAllenter[J] Desalination, 1999, 1222-3): 157-170TX Bureau of Reclamation May 2002ntegrated membrane systems for wastewater reclamationZHAlJianwenChina blue- Star Membrane Technology Company Beijing 100029, ChinaAbstract: Integrated membrane systems( IMS )and their applications in depth treatment of wastewater were re-viewed. IMS integrated ultrafiltration/microfiltration or MBR with reverse osmosis processes which could bedesigned for different fields of wastewater reclamation. The membrane polymers for UF/MF should be chemically stable antifouling and strong in physics, PVDF, PP, PE and PES were chosen. The new generation ofantifouling TFC RO membranes also have above advantage. The common configuration of UF/MF membranesfor wastewater is hollow fiber and the systems also related antifouling design such as low pressure operationair-flush, permeate back-flush and compressed air back flush then the performance of the systems couldkeep high and stable flux low cost for maintenance and operation and high quality of products. Different IMSfor secondary effluent has already commercialized The IMS for raw wastewater, MBR+ ro, needs more research on engineering for practical applicationKey words: integrated membrane systems wastewater reclamation ultrafiltration/ microfiltration antifoulingmembranemembrane bioreactor( MBR ) reverse osmosis(Ro)000600000600000000200000000000o上接第185頁)pplication of membrane separation technology in pharmaceutical industryXIE Quanling, HE Xumin, XIA Haiping, LAN Weiguang 2(1. College of Chemistry and Chemical Engineering .Xiamen University ,Xiamen 361005 China2. Suntar Membrane Scitechnology( Xiamen Co Ltd. Xiamen 361009 ChinaAbstract: The application of membrane separation technology in pharmaceutical industry includes biofermentation pharmaceutical industry the production of Chinese traditional medicine the modern biotechnology etcMembrane separation technology is especially common in the production of antibiotics semisynthetic antibioticsmembrane separation technology will play a more and more important role in the pharmaceutical industry antvitamin and amino acid. With the improvement of membrane material membrane module and membraneKey words: membrane separation antibiotics vitamin i amino acid Chinese traditional medicine biotechnolo