廢水冷凍濃縮裝備

⑴ 含鉻廢水蒸發濃縮時產生的結晶物是什麼是氫氧化鉻么但是廢水呈酸性在濃縮過程中也能產生氫氧化鉻么

您好。您蒸發濃縮後是回用還是排放呢？如果回用的話，結晶也許就不能回用了吧。
我是做蒸發濃縮的，可以一起探討。

⑵ 酸鹼廢水的回收利用方法

含酸廢水回收利用的方法主要有：浸沒燃燒高溫結晶法、真空濃縮冷凍結晶法和自然結晶法。浸沒燃燒高溫結晶法的基本過程是：將煤氣燃燒所產生的高溫氣體直接噴入待蒸發的廢液,去除廢液中的水分,濃縮並回收酸類物質。這種濃縮方法適用於處理大量廢水，其優點是熱效率高，回收的再生酸濃度較高(可達42.6%)；缺點是酸霧大，防腐蝕要求較高，並須有可燃氣體來源。真空濃縮和自然結晶法的基本過程是：利用真空減壓法降低含酸廢水的沸點,以蒸發水分,濃縮並回收酸類物質。這種濃縮方法的優點是自動化程度較高，酸霧問題易於解決；缺點是回收的再生酸濃度較低（僅為18～20%）；需用耐酸防腐蝕材料較多，設備投資較大。自然結晶法主要是利用含酸廢水製取硫酸亞鐵、硫酸銨等化工原料和化學肥料。此外，還可用滲析法、離子交換法回收酸、鹼物質。在水處理工藝中，也可將酸性廢水用於給水軟化的磺化煤再生和用於水質穩定等。
酸鹼廢水是水中酸鹼濃度異常的一種水污染現象。天然水的pH值通常為6.5-8.5，當pH值小於6.5或大於8.5時?表示水體受到酸類或鹼類污染。酸鹼廢水的來源很廣，往往還含有懸浮物、金屬鹽類、有機物等雜質。但在排至水體或進人其他處理設施前，均須對酸鹼廢液先進行必要的回收。含酸或含鹼的廢水來源很廣。含酸廢水主要來自製酸廠、化工廠、化學纖維廠、染料廠、金屬酸洗車間和電鍍車間等。其中有的含有無機酸，有的含有機酸，或二者兼有。含酸濃度差異很大，低的小於1,高的大於10。含鹼廢水主要來自製鹼廠、制漿造紙廠、印染廠、皮革廠、煉油廠等。其中有的含無機鹼，有的含有機鹼。含鹼濃度有的高於5，有的低於1。酸鹼廢水中除含有酸、鹼以外還可能含有酸式鹽、鹼式鹽以及其他無機物、有機物。

⑶ 酸鹼廢水處理的回收利用

對於高濃度含酸來（一般在10%以上自）、含鹼（一般在5%以上）廢水,首先應根據水質、水量和不同工藝要求，進行廠區或地區性調度，盡量重復使用；如重復使用有困難,或濃度較低,水量較大，可採用濃縮的方法回收酸鹼。
目前含酸廢水回收利用的方法主要有：浸沒燃燒高溫結晶法、真空濃縮冷凍結晶法和自然結晶法。浸沒燃燒高溫結晶法的基本過程是：將煤氣燃燒所產生的高溫氣體直接噴入待蒸發的廢液,去除廢液中的水分,濃縮並回收酸類物質。這種濃縮方法適用於處理大量廢水，其優點是熱效率高，回收的再生酸濃度較高(可達42.6%)；缺點是酸霧大，防腐蝕要求較高，並須有可燃氣體來源。真空濃縮和自然結晶法的基本過程是：利用真空減壓法降低含酸廢水的沸點,以蒸發水分,濃縮並回收酸類物質。這種濃縮方法的優點是自動化程度較高，酸霧問題易於解決；缺點是回收的再生酸濃度較低（僅為18～20%）；需用耐酸防腐蝕材料較多，設備投資較大。自然結晶法主要是利用含酸廢水製取硫酸亞鐵、硫酸銨等化工原料和化學肥料。此外，還可用滲析法、離子交換法回收酸、鹼物質。在水處理工藝中，也可將酸性廢水用於給水軟化的磺化煤再生和用於水質穩定等。

⑷ 工業廢水中金屬離子的去除方法

1化學沉澱
化學沉澱法是使廢水中呈溶解狀態的重金屬轉變為不溶於水的重金屬化合物的方法，包括中和沉法和硫化物沉澱法等。
中和沉澱法
在含重金屬的廢水中加入鹼進行中和反應，使重金屬生成不溶於水的氫氧化物沉澱形式加以分離。中和沉澱法操作簡單，是常用的處理廢水方法。實踐證明在操作中需要注意以下幾點：
（1）中和沉澱後，廢水中若pH值高，需要中和處理後才可排放；
（2）廢水中常常有多種重金屬共存，當廢水中含有Zn、Pb、Sn、Al等兩性金屬時，pH值偏高，可能有再溶解傾向，因此要嚴格控制pH值，實行分段沉澱；
（3）廢水中有些陰離子如：鹵素、氰根、腐植質等有可能與重金屬形成絡合物，因此要在中和之前需經過預處理；
（4）有些顆粒小，不易沉澱，則需加入絮凝劑輔助沉澱生成。
硫化物沉澱法
加入硫化物沉澱劑使廢水中重金屬離子生成硫化物沉澱後從廢水中去除的方法。
與中和沉澱法相比，硫化物沉澱法的優點是：重金屬硫化物溶解度比其氫氧化物的溶解度更低，反應時最佳pH值在7—9之間，處理後的廢水不用中和。硫化物沉澱法的缺點是：硫化物沉澱物顆粒小，易形成膠體；硫化物沉澱劑本身在水中殘留，遇酸生成硫化氫氣體，產生二次污染。為了防止二次污染問題，英國學者研究出了改進的硫化物沉澱法，即在需處理的廢水中有選擇性的加入硫化物離子和另一重金屬離子（該重金屬的硫化物離子平衡濃度比需要除去的重金屬污染物質的硫化物的平衡濃度高）。由於加進去的重金屬的硫化物比廢水中的重金屬的硫化物更易溶解，這樣廢水中原有的重金屬離子就比添加進去的重金屬離子先分離出來，同時能夠有效地避免硫化氫的生成和硫化物離子殘留的問題。
2氧化還原處理
化學還原法
電鍍廢水中的Cr主要以Cr6＋離子形態存在，因此向廢水中投加還原劑將Cr6＋還原成微毒的Cr3＋後，投加石灰或NaOH產生Cr（OH）3沉澱分離去除。化學還原法治理電鍍廢水是最早應用的治理技術之一，在我國有著廣泛的應用，其治理原理簡單、操作易於掌握、能承受大水量和高濃度廢水沖擊。根據投加還原劑的不同，可分為FeSO4法、NaHSO3法、鐵屑法、SO2法等。
應用化學還原法處理含Cr廢水，鹼化時一般用石灰，但廢渣多；用NaOH或Na2CO3，則污泥少，但葯劑費用高，處理成本大，這是化學還原法的缺點。
鐵氧體法
鐵氧體技術是根據生產鐵氧體的原理發展起來的。在含Cr廢水中加入過量的FeSO4，使Cr6＋還原成Cr3＋，Fe2＋氧化成Fe3＋，調節pH值至8左右，使Fe離子和Cr離子產生氫氧化物沉澱。通入空氣攪拌並加入氫氧化物不斷反應，形成鉻鐵氧體。其典型工藝有間歇式和連續式。鐵氧體法形成的污泥化學穩定性高，易於固液分離和脫水。鐵氧體法除能處理含Cr廢水外，特別適用於含重金屬離子種類較多的電鍍混合廢水。我國應用鐵氧體法已經有幾十年歷史，處理後的廢水能達到排放標准，在國內電鍍工業中應用較多。
鐵氧體法具有設備簡單、投資少、操作簡便、不產生二次污染等優點。但在形成鐵氧體過程中需要加熱（約70oC），能耗較高，處理後鹽度高，而且有不能處理含Hg和絡合物廢水的缺點。
電解法
電解法處理含Cr廢水在我國已經有二十多年的歷史，具有去除率高、無二次污染、所沉澱的重金屬可回收利用等優點。大約有30多種廢水溶液中的金屬離子可進行電沉積。電解法是一種比較成熟的處理技術，能減少污泥的生成量，且能回收Cu、Ag、Cd等金屬，已應用於廢水的治理。不過電解法成本比較高，一般經濃縮後再電解經濟效益較好。
近年來，電解法迅速發展，並對鐵屑內電解進行了深入研究，利用鐵屑內電解原理研製的動態廢水處理裝置對重金屬離子有很好的去除效果。
另外，高壓脈沖電凝系統（）為當今世界新一代電化學水處理設備，對表面處理、塗裝廢水以及電鍍混合廢水中的Cr、Zn、Ni、Cu、Cd、CN－等污染物有顯著的治理效果。高壓脈沖電凝法比傳統電解法電流效率提高20%—30%；電解時間縮短30%—40%；節省電能達到30%—40%；污泥產生量少；對重金屬去除率可達96%一99%。
3溶劑萃取分離
溶劑萃取法是分離和凈化物質常用的方法。由於液一液接觸，可連續操作，分離效果較好。使用這種方法時，要選擇有較高選擇性的萃取劑，廢水中重金屬一般以陽離子或陰離子形式存在，例如在酸性條件下，與萃取劑發生絡合反應，從水相被萃取到有機相，然後在鹼性條件下被反萃取到水相，使溶劑再生以循環利用。這就要求在萃取操作時注意選擇水相酸度。盡管萃取法有較大優越性，然而溶劑在萃取過程中的流失和再生過程中能源消耗大，使這種方法存在一定局限性，應用受到很大的限制。
4吸附法
吸附法是利用吸附劑的獨特結構去除重金屬離子的一種有效方法。利用吸附法處理電鍍重金屬廢水的吸附劑有活性炭、腐植酸、海泡石、聚糖樹脂等。活性炭裝備簡單，在廢水治理中應用廣泛，但活性炭再生效率低，處理水質很難達到回用要求，一般用於電鍍廢水的預處理。腐植酸類物質是比較廉價的吸附劑，把腐植酸做成腐植酸樹脂用以處理含Cr、含Ni廢水已有成功經驗。有相關研究表明，殼聚糖及其衍生物是重金屬離子的良好吸附劑，殼聚糖樹脂交聯後，可重復使用10次，吸附容量沒有明顯降低。利用改性的海泡石治理重金屬廢水對Pb2＋、Hg2＋、Cd2＋有很好的吸附能力，處理後廢水中重金屬含量顯著低於污水綜合排放標准。另有文獻報道蒙脫石也是一種性能良好的粘土礦物吸附劑，鋁鋯柱撐蒙脫石在酸性條件下對Cr6＋的去除率達到99%，出水中Cr6＋含量低於國家排放標准，具有實際應用前暑。
5膜分離法
膜分離法是利用高分子所具有的選擇性來進行物質分離的技術，包括電滲析、反滲透、膜萃取、超過濾等。用電滲析法處理電鍍工業廢水，處理後廢水組成不變，有利於回槽使用。含Cu2＋、Ni2＋、Zn2＋、Cr6＋等金屬離子廢水都適宜用電滲析處理，已有成套設備。反滲透法已大規模用於鍍Zn、Ni、Cr漂洗水和混合重金屬廢水處理。採用反滲透法處理電鍍廢水，已處理水可以回用，實現閉路循環。液膜法治理電鍍廢水的研究報道很多，有些領域液膜法已由基礎理論研究進入到初步工業應用階段，如我國和奧地利均用乳狀液膜技術處理含Zn廢水，此外也應用於鍍Au廢液處理中。膜萃取技術是一種高效、無二次污染的分離技術，該項技術在金屬萃取方面有很大進展。
6離子交換法
離子交換處理法是利用離子交換劑分離廢水中有害物質的方法，應用的離子交換劑有離子交換樹脂、沸石等等，離子交換樹脂有凝膠型和大孔型。前者有選擇性，後者製造復雜、成本高、再生劑耗量大，因而在應用上受到很大限制。離子交換是靠交換劑自身所帶的能自由移動的離子與被處理的溶液中的離子通過離子交換來實現的。推動離子交換的動力是離子間濃度差和交換劑上的功能基對離子的親和能力，多數情況下離子是先被吸附，再被交換，離子交換劑具有吸附、交換雙重作用。這種材料的應用越來越多，如膨潤土，它是以蒙脫石為主要成分的粘土，具有吸水膨脹性好、比表面積大、較強的吸附能力和離子交換能力，若經改良後其吸附及離子交換的能力更強。但是卻較難再生，天然沸石在對重金屬廢水的處理方面比膨潤土具有更大的優點：沸石是含網架結構的鋁硅酸鹽礦物，其內部多孔，比表面積大，具有獨特的吸附和離子交換能力。研究表明，沸石從廢水中去除重金屬離子的機理，多數情況下是吸附和離子交換雙重作用，隨流速增加，離子交換將取代吸附作用佔主要地位。若用NaCl對天然沸石進行預處理可提高吸附和離子交換能力。通過吸附和離子交換再生過程，廢水中重金屬離子濃度可濃縮提高30倍。沸石去除銅，在NaCl再生過程中，去除率達97%以上，可多次吸附交換，再生循環，而且對銅的去除率並不降低。
三、生物處理技術
由於傳統治理方法有成本高、操作復雜、對於大流量低濃度的有害污染難處理等缺點，經過多年的探索和研究，生物治理技術日益受到人們的重視。隨著耐重金屬毒性微生物的研究進展，採用生物技術處理電鍍重金屬廢水呈現蓬勃發展勢頭，根據生物去除重金屬離子的機理不同可分為生物絮凝法、生物吸附法、生物化學法以及植物修復法。
1生物絮凝法
生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的代謝物進行絮凝沉澱的一種除污方法。微生物絮凝劑是一類由微生物產生並分泌到細胞外，具有絮凝活性的代謝物。一般由多糖、蛋白質、DNA、纖維素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物質構成，分子中含有多種官能團，能使水中膠體懸浮物相互凝聚沉澱。至目前為止，對重金屬有絮凝作用的約有十幾個品種，生物絮凝劑中的氨基和羥基可與Cu2＋、Hg2＋、Ag＋、Au2＋等重金屬離子形成穩定的鰲合物而沉澱下來。應用微生物絮凝法處理廢水安全方便無毒、不產生二次污染、絮凝效果好，且生長快、易於實現工業化等特點。此外，微生物可以通過遺傳工程、馴化或構造出具有特殊功能的菌株。因而微生物絮凝法具有廣闊的應用前景。
2生物吸附法
生物吸附法是利用生物體本身的化學結構及成分特性來吸附溶於水中的金屬離子，再通過固液兩相分離去除水溶液中的金屬離子的方法。利用胞外聚合物分離金屬離子，有些細菌在生長過程中釋放的蛋白質，能使溶液中可溶性的重金屬離子轉化為沉澱物而去除。生物吸附劑具有來源廣、價格低、吸附能力強、易於分離回收重金屬等特點，已經被廣泛應用。
3生物化學法
生物化學法指通過微生物處理含重金屬廢水，將可溶性離子轉化為不溶性化合物而去除。硫酸鹽生物還原法是一種典型生物化學法。該法是在厭氧條件下硫酸鹽還原菌通過異化的硫酸鹽還原作用，將硫酸鹽還原成H2S，廢水中的重金屬離子可以和所產生的H2S反應生成溶解度很低的金屬硫化物沉澱而被去除，同時H2SO4的還原作用可將SO42－轉化為S2－而使廢水的pH值升高。因許多重金屬離子氫氧化物的離子積很小而沉澱。有關研究表明，生物化學法處理含Cr6＋濃度為30—40mg/L的廢水去除率可達99．67%—99．97%。有人還利用家畜糞便厭氧消化污泥進行礦山酸性廢水重金屬離子的處理，結果表明該方法能有效去除廢水中的重金屬。趙曉紅等人用脫硫腸桿菌（SRV）去除電鍍廢水中的銅離子，在銅質量濃度為246．8mg/L的溶液，當pH為4．0時，去除率達99．12%。
4植物修復法
植物修復法是指利用高等植物通過吸收、沉澱、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金屬含量，以達到治理污染、修復環境的目的。植物修復法是利用生態工程治理環境的一種有效方法，它是生物技術處理企業廢水的一種延伸。利用植物處理重金屬，主要有三部分組成：
（1）利用金屬積累植物或超積累植物從廢水中吸取、沉澱或富集有毒金屬；
（2）利用金屬積累植物或超積累植物降低有毒金屬活性，從而可減少重金屬被淋濾到地下或通過空氣載體擴散：
（3）利用金屬積累植物或超積累植物將土壤中或水中的重金屬萃取出來，富集並輸送到植物根部可收割部分和植物地上枝條部分。通過收獲或移去已積累和富集了重金屬植物的枝條，降低土壤或水體中的重金屬濃度。在植物修復技術中能利用的植物有藻類、草本植物、木本植物等。
藻類凈化重金屬廢水的能力，主要表現在對重金屬具有很強的吸附力，利用藻類去除重金屬離子的研究已有大量報道。褐藻對Au的吸收量達400mg/g，在一定條件下綠藻對Cu、Pb、La、Cd、Hg等重金屬離子的去除率達80%—90%，馬尾藻、鼠尾藻對重金屬的吸附雖然不及綠海藻，但仍具有較好的去除能力。
草本植物凈化重金屬廢水的應用已有很多報道。鳳眼蓮是國際上公認和常用的一種治理污染的水生漂浮植物，它具有生長迅速，既能耐低溫、又能耐高溫的特點，能迅速、大量地富集廢水中Cd、Pb、Hg、Ni、Ag、Co、Cr等多種重金屬。有關研究發現鳳眼蓮對鈷和鋅的吸收率分別高達97%和80%。此外，還有很多草本植物具有凈化作用，如喜蓮子草、水龍、刺苦草、浮萍、印度芥菜等。
木本植物具有處理量大、凈化效果好、受氣候影響小、不易造成二次污染等等優點，受到人們廣泛關注。同時對土壤中Cd、Hg等有較強的吸附積累作用，由胡煥斌等試驗結果表明：蘆葦和池杉對重金屬Pb和Cd都有較強富集能力。

⑸ 凈水器的廢水只能倒掉嗎

濃縮水雖然不能飲用，但仍是優質的生活用水。它並不等於廢水，完全可內以用來洗衣服、沖容廁所、洗菜、澆花等。凈水器在安裝的過程中，就不會將濃縮水管直接插入下水道中，而是通過管道設計來使得濃縮水再利用。

不同地區的水質硬度不同，因此購買前首先要了解自家水質如何。大部分城市地區的自來水水質較好，選購過濾凈水器即可；而對水中含氯、味道較重的污染嚴重地區，或有直接飲用需求的家庭，可選購反滲透凈水器。

了解凈水器過濾物。看說明書或者是與導購溝通，了解凈水器能夠過濾的物質，一般至少要能夠過濾氯氣、沙土、重金屬等。如果有特殊需求，就要尋找與自己情況相匹配的。

例如我國北方高硬度水質和南方石灰岩地區，水中鈣、鎂離子含量較高，容易結垢，應選購帶離子交換樹脂濾芯的高級過濾凈水器。

(5)廢水冷凍濃縮裝備擴展閱讀：

已經安裝凈水器的家庭，可以用一個水桶、盆接住排出的濃縮水；在居民社區的凈水器旁，挖蓄水池也是一種行之有效的節水方式；另一個造價較高，但是成效較好的方式是安裝濃縮水回收機。

北京市水務局曾出台《北京市節約用水辦法》規定，現場制、售飲用水的單位或者個人應當安裝尾水回收設施，對尾水進行利用，不得直接排放。

⑹ 飯堂廢水成分

飯堂廢水與通常生活污水成分差別不大，主要污染物為有機物（主要來自沖洗油污，可用COD/BOD表徵，濃度大約在100-400mg/L），無機物顆粒(灰塵渣土等，用SS表徵)，以及一定鹽分。

由於有機物濃度低、水量小、有鹽分的特點，最適宜的方法簡單沉澱後用膜－生物反應器（MBR）處理。MBR的簡介附在後邊，另外，生物膜法也進行了解釋。

生物膜法（biomembrance process）
生物膜法是利用附著生長於某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態系統，其附著的固體介質稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進入厭氣層進行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復以達到凈化污水的目的。生物膜法具有以下特點：（1）對水量、水質、水溫變動適應性強；（2）處理效果好並具良好硝化功能；（3）污泥量小（約為活性污泥法的3／4）且易於固液分離；（4）動力費用省。
生物膜法又稱固定膜法
基本特徵是：
在污水處理構築物內設置微生物生長聚集的載體（一般稱填料），在充氧的條件下，微生物在填料表面聚附著形成生物膜，經過充氧的污水以一定的流速流過填料時，生物膜中的微生物吸收分解水中的有機物，使污水得到凈化，同時微生物也得到增殖，生物膜隨之增厚。當生物膜增長到一定厚度時，向生物膜內部擴散的氧受到限制，其表面仍是好氧狀態，而內層則會呈缺氧甚至厭氧狀態，並最終導致生物膜的脫落。隨後，填料表面還會繼續生長新的生物膜，周而復始，使污水得到凈化。
微生物在填料表面聚附著形成生物膜後，由於生物膜的吸附作用，其表面存在一層薄薄的水層，水層中的有機物已經被生物膜氧化分解，故水層中的有機物濃度濃度比進水要低得多，當廢水從生物膜表面流過時，有機物就會從運動著的廢水中轉移到附著在生物膜表面的水層中去，並進一步被生物膜所吸附，同時，空氣中的氧也經過廢水而進入生物膜水層並向內部轉移。
生物膜上的微生物在有溶解氧的條件下對有機物進行分解和機體本身進行新陳代謝，因此產生的二氧化碳等無機物又沿著相反的方向，即從生物膜經過附著水層轉移到流動的廢水中或空氣中去。這樣一來 ，出水的有機物含量減少，廢水得到了凈化。
生物膜法的主要形式有哪些？
按生物膜與廢水的接觸方式分為：
填充式和浸漬式兩種
填充式包括生物濾池和生物轉盤
浸漬式包括接觸氧化法和生物流化床

在污水處理，水資源再利用領域，MBR又稱膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor ）,是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理技術。膜的種類繁多,按分離機理進行分類,有反應膜、離子交換膜、滲透膜等;按膜的性質分類,有天然膜(生物膜)和合成膜(有機膜和無機膜) ;按膜的結構型式分類,有平板型、管型、螺旋型及中空纖維型等。

一、 MBR 工藝的組成
膜 - 生物反應器主要由膜分離組件及生物反應器兩部分組成。通常提到的膜 - 生物反應器實際上是三類反應器的總稱： ① 曝氣膜 - 生物反應器 (Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ； ② 萃取膜 - 生物反應器（ Extractive Membrane Bioreactor, EMBR ）； ③ 固液分離型膜 - 生物反應器（ Solid/Liquid Separation Membrane Bioreactor, SLSMBR, 簡稱 MBR ）。
二、曝氣膜 - 生物反應器
曝氣膜 - 生物反應器最早見於 Cote.P 等 1988 年報道，採用透氣性緻密膜（如硅橡膠膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低於泡點（ Bubble Point ）情況下，可實現向生物反應器的無泡曝氣。該工藝的特點是提高了接觸時間和傳氧效率，有利於曝氣工藝的控制，不受傳統曝氣中氣泡大小和停留時間的因素的影響。如圖 [1] 所示。
圖 [1]
三、萃取膜 - 生物反應器
萃取膜 - 生物反應器 又稱為 EMBR （ Extractive Membrane Bioreactor ）。因為高酸鹼度或對生物有毒物質的存在，某些工業廢水不宜採用與微生物直接接觸的方法處理；當廢水中含揮發性有毒物質時，若採用傳統的好氧生物處理過程，污染物容易隨曝氣氣流揮發，發生氣提現象，不僅處理效果很不穩定，還會造成大氣污染。為了解決這些技術難題，英國學者 Livingston 研究開發了 EMB 。其工藝流程見圖 2 。廢水與活性污泥被膜隔開來，廢水在膜內流動，而含某種專性細菌的活性污泥在膜外流動，廢水與微生物不直接接觸，有機污染物可以選擇性透過膜被另一側的微生物降解。由於萃取膜兩側的生物反應器單元和廢水循環單元是各自獨立，各單元水流相互影響不大，生物反應器中營養物質和微生物生存條件不受廢水水質的影響，使水處理效果穩定。系統的運行條件如 HRT 和 SRT 可分別控制在最優的范圍，維持最大的污染物降解速率。
[ 圖 2] （暫缺）
四、固液分離型膜 - 生物反應器
固液分離型膜 - 生物反應器是在水處理領域中研究得最為廣泛深入的一類膜 - 生物反應器，是一種用膜分離過程取代傳統活性污泥法中二次沉澱池的水處理技術。在傳統的廢水生物處理技術中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴於活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決於曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由於二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在 1.5~3.5g/L 左右，從而限制了生化反應速率。水力停留時間（ HRT ）與污泥齡（ SRT ）相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統在運行過程中還產生了大量的剩餘污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的 25% ～ 40% 。傳統活性污泥處理系統還容易出現污泥膨脹現象，出水中含有懸浮固體，出水水質惡化。針對上述問題， MBR 將分離工程中的膜分離技術與傳統廢水生物處理技術有機結合，大大提高了固液分離效率，並且由於曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌 ( 特別是優勢菌群 ) 的出現，提高了生化反應速率。同時，通過降低 F/M 比減少剩餘污泥產生量（甚至為零），從而基本解決了傳統活性污泥法存在的許多突出問題。
五、 MBR 工藝類型
以下討論的均為固液分離型膜 - 生物反應器。 根據膜組件和生物反應器的組合方式，可將 膜 - 生物反應器 分為分置式、一體式以及復合式三種基本類型。分置式和一體式的 MBR 請參見圖 3 。
分置式膜 - 生物反應器把膜組件和生物反應器分開設置，如圖 3 所示。生物反應器中的混合液經循環泵增壓後打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統處理水；固形物、大分子物質等則被膜截留，隨濃縮液迴流到生物反應器內。分置式膜 - 生物反應器的特點是運行穩定可靠，易於膜的清洗、更換及增設；而且膜通量普遍較大。但一般條件下為減少污染物在膜表面的沉積，延長膜的清洗周期，需要用循環泵提供較高的膜面錯流流速，水流循環量大、動力費用高 (Yamamoto, 1989) ，並且泵的高速旋轉產生的剪切力會使某些微生物菌體產生失活現象 ( Brockmann and Seyfried, 1997 ) 。
一體式膜 - 生物反應器是把膜組件置於生物反應器內部，如圖 4 所示。進水進入膜 - 生物反應器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外壓作用下由膜過濾出水。這種形式的膜 - 生物反應器由於省去了混合液循環系統，並且靠抽吸出水，能耗相對較低；佔地較分置式更為緊湊，近年來在水處理領域受到了特別關注。但是一般膜通量相對較低，容易發生膜污染，膜污染後不容易清洗和更換。
復合式膜 - 生物反應器在形式上也屬於一體式膜 - 生物反應器，所不同的是在生物反應器內加裝填料，從而形成復合式膜 - 生物反應器，改變了反應器的某些性狀，如圖 5 所示：

MBR 工藝的特點
與許多傳統的生物水處理工藝相比， MBR 具有以下主要特點：
一、出水水質優質穩定
由於膜的高效分離作用，分離效果遠好於傳統沉澱池，處理出水極其清澈， 懸浮物和濁度接近於零，細菌和病毒被大幅去除 ，出水水質優於建設部頒發的生活雜用水水質標准（ CJ25.1-89 ），可以直接作為非飲用市政雜用水進行回用。
同時，膜分離也使 微生物被完全被截流在生物反應器內， 使得系統內能夠維持較高的微生物濃度，不但 提高了反應裝置對污染物的整體去除效率，保證了良好的出水水質，同時反應器 對進水負荷（水質及水量）的各種變化具有很好的適應性，耐沖擊負荷，能夠穩定獲得優質的出水水質。
二、剩餘污泥產量少
該工藝可以在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩餘污泥產量低（理論上可以實現零污泥排放），降低了污泥處理費用。
三、佔地面積小，不受設置場合限制
生物反應器內能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負荷高，佔地面積大大節省； 該工藝流程簡單、結構緊湊、佔地面積省，不受設置場所限制，適合於任何場合，可做成地面式、半地下式和地下式。
四、可去除氨氮及難降解有機物
由於微生物被完全截流在生物反應器內，從而有利於增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留生長，系統硝化效率得以提高。同時，可增長一些難降解的有機物在系統中的水力停留時間，有利於難降解有機物降解效率的提高。
五、操作管理方便，易於實現自動控制
該工藝實現了水力停留時間（ HRT ）與污泥停留時間（ SRT ）的完全分離，運行控制更加靈活穩定，是污水處理中容易實現裝備化的新技術，可實現微機自動控制，從而使操作管理更為方便。
六、易於從傳統工藝進行改造
該工藝可以作為傳統污水處理工藝的深度處理單元，在城市二級污水處理廠出水深度處理（從而實現城市污水的大量回用）等領域有著廣闊的應用前景。
膜 - 生物反應器也存在一些不足。主要表現在以下幾個方面：
• 膜造價高，使膜 - 生物反應器的基建投資高於傳統污水處理工藝；
• 膜污染容易出現，給操作管理帶來不便；
• 能耗高：首先 MBR 泥水分離過程必須保持一定的膜驅動壓力，其次是 MBR 池中 MLSS 濃度非常高，要保持足夠的傳氧速率，必須加大曝氣強度，還有為了加大膜通量、減輕膜污染，必須增大流速，沖刷膜表面，造成 MBR 的能耗要比傳統的生物處理工藝高。
MBR 工藝用膜
膜可以由很多種材料制備，可以是液相、固相甚至是氣相的。目前使用的分離膜絕大多數是固相膜。根據孔徑不同可分為：微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜；根據材料不同，可分為無機膜和有機膜，無機膜主要是微濾級別膜。膜可以是均質或非均質的，可以是荷電的或電中性的。廣泛用於廢水處理的膜主要是由有機高分子材料制備的固相非對稱膜。
膜的分類如圖所示：
一、 MBR 膜材質
1、高分子有機膜材料： 聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚碸類、芳香族聚醯胺、含氟聚合物等。
有機膜成本相對較低，造價便宜，膜的製造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣，應用廣泛，但運行過程易污染、強度低、使用壽命短。
2、無機膜 ：是固態膜的一種，是由無機材料，如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無機高分子材料等製成的半透膜。
目前在 MBR 中使用的無機膜多為陶瓷膜，優點是：它可以在 pH ＝ 0~14 、壓力 P<10MPa 、溫度 <350 ℃ 的環境中使用，其通量高、能耗相對較低，在高濃度工業廢水處理中具有很大競爭力；缺點是：造價昂貴、不耐鹼、彈性小、膜的加工制備有一定困難。
二、 MBR 膜孔徑
MBR 工藝中用膜一般為微濾膜（ MF ）和超濾膜（ UF ），大都採用 0.1 ～ 0.4 μ m 膜孔徑，這對於固液分離型的膜反應器來說已經足夠。
微濾膜常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚碸、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚醯亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚醯胺等。
超濾常用聚合物材料有：聚碸、聚醚碸、聚醯胺、聚丙烯腈（ PAN ）、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞醯胺、聚醚醯胺等。
三、 MBR 膜組件
為了便於工業化生產和安裝，提高膜的工作效率，在單位體積內實現最大的膜面積，通常將膜以某種形式組裝在一個基本單元設備內，在一定的驅動力下，完成混合液中各組分的分離，這類裝置稱為膜組件（ Mole ）。
工業上常用的膜組件形式有五種：
板框式（ Plate and Frame Mole ）、螺旋卷式 (Spiral Wound Mole) 、圓管式 (Tubular Mole) 、中空纖維式 (Hollow Fiber Mole) 和毛細管式 (Capillary Mole) 。前兩種使用平板膜，後三者使用管式膜。圓管式膜直徑 >10mm; 毛細管式－ 0.5~10.0mm ；中空纖維式 <0.5mm> 。
表：各種膜組件特性
名稱/項目 中空纖維式 毛細管式 螺旋卷式 平板式 圓管式
價格（元 /m 3 ） 40~150 150~800 250~800 800~2500 400~1500
沖填密度 高 中 中 低 低
清洗 難 易 中 易 易
壓力降 高 中 中 中 低
可否高壓操作 可 否 可 較難 較難
膜形式限制 有 有 無 無 無
MBR 工藝中常用的膜組件形式有：板框式、圓管式、中空纖維式。
板框式：
是 MBR 工藝最早應用的一種膜組件形式，外形類似於普通的板框式壓濾機。優點是：製造組裝簡單，操作方便，易於維護、清洗、更換。缺點是：密封較復雜，壓力損失大，裝填密度小。
圓管式：
是由膜和膜的支撐體構成，有內壓型和外壓型兩種運行方式。實際中多採用內壓型，即進水從管內流入，滲透液從管外流出。膜直徑在 6~24mm 之間。圓管式膜優點是：料液可以控制湍流流動，不易堵塞，易清洗，壓力損失小。缺點是：裝填密度小。
中空纖維式：
組裝形式如下圖所示：
[ 圖 ]
外徑一般為 40 ～ 250 μm ，內徑為 25 ～ 42μm 。優點是：耐壓強度高，不易變形。在 MBR 中，常把組件直接放入反應器中，不需耐壓容器，構成浸沒式膜 - 生物反應器。一般為外壓式膜組件。優點是：裝填密度高；造價相對較低；壽命較長，可以採用物化性能穩定，透水率低的尼龍中空纖維膜；膜耐壓性能好，不需支撐材料。缺點是：對堵塞敏感，污染和濃差極化對膜的分離性能有很大影響。
MBR 膜組件設計的一般要求：
• 對膜提供足夠的機械支撐，流道通暢，沒有流動死角和靜水區；
• 能耗較低，盡量減少濃差極化，提高分離效率，減輕膜污染；
• 盡可能高的裝填密度，安裝，清洗、更換方便；
• 具有足夠的機械強度、化學和熱穩定性。
膜組件的選用要綜合考慮其成本，裝填密度、應用場合、系統流程、膜污染及清洗、使用壽命等。
MBR 的應用領域
進入 90 年代中後期，膜 - 生物反應器在國外已進入了實際應用階段。加拿大 Zenon 公司首先推出了超濾管式膜 - 生物反應器，並將其應用於城市污水處理。為了節約能耗，該公司又開發了浸入式中空纖維膜組件，其開發出的膜 - 生物反應器已應用於美國、德國、法國和埃及等十多個地方，規模從 380m 3 /d 至 7600m 3 /d 。日本三菱人造絲公司也是世界上浸入式中空纖維膜的知名提供商，其在 MBR 的應用方面也積累了多年的經驗，在日本以及其他國家建有多項實際 MBR 工程。日本 Kubota 公司是另一個在膜 - 生物反應器實際應用中具有競爭力的公司，它所生產的板式膜具有流通量大、耐污染和工藝簡單等特點。國內一些研究者及企業也在 MBR 實用化方面進行著嘗試。
現在，膜 - 生物反應器已應用於以下領域：
一、 城市污水處理及建築中水回用
1967 年第一個採用 MBR 工藝的廢水處理廠由美國的 Dorr-Oliver 公司建成，這個處理廠處理 14m 3 /d 廢水。 1977 年，一套污水回用系統在日本的一幢高層建築中得到實際應用。 1980 年，日本建成了兩座處理能力分別為 10m 3 /d 和 50m 3 /d 的 MBR 處理廠。 90 年代中期，日本就有 39 座這樣的廠在運行，最大處理能力可達 500m 3 /d ，並且有 100 多處的高樓採用 MBR 將污水處理後回用於中水道。 1997 年，英國 Wessex 公司在英國 Porlock 建立了當時世界上最大的 MBR 系統，日處理量達 2 ， 000 m 3 ， 1999 年又在 Dorset 的 Swanage 建成了 13 ， 000m 3 /d 的 MBR 工廠 [14] 。
1998 年 5 月，清華大學進行的一體式膜 - 生物反應器中試系統通過了國家鑒定。 2000 年初，清華大學在北京市海淀鄉醫院建起了一套實用的 MBR 系統，用以處理醫院廢水，該工程於 2000 年 6 月建成並投入使用，目前運轉正常。 2000 年 9 月，天津大學楊造燕教授及其領導的科研小組在天津新技術產業園區普辰大廈建成了一個 MBR 示範工程，該系統日處理污水 25 噸，處理後的污水全部用於衛生間的沖洗及綠地澆灑，佔地面積為 10 平方米，處理每噸污水的能耗為 0.7kW · h 。
二、. 工業廢水處理
90 年代以來， MBR 的處理對象不斷拓寬，除中水回用、糞便污水處理以外， MBR 在工業廢水處理中的應用也得到了廣泛關注，如處理食品工業廢水、水產加工廢水、養殖廢水、化妝品生產廢水、染料廢水、石油化工廢水，均獲得了良好的處理效果。 90 年代初，美國在 Ohio 建造了一套用於處理某汽車製造廠的工業廢水的 MBR 系統，處理規模為 151m 3 /d ，該系統的有機負荷達 6.3kgCOD/m 3 · d ， COD 去除率為 94% ，絕大部分的油與油脂被降解。在荷蘭，一脂肪提取加工廠採用傳統的氧化溝污水處理技術處理其生產廢水，由於生產規模的擴大，結果導致污泥膨脹，污泥難以分離，最後採用 Zenon 的膜組件代替沉澱池，運行效果良好。
三、. 微污染飲用水凈化
隨著氮肥與殺蟲劑在農業中的廣泛應用，飲用水也不同程度受到污染。 LyonnaisedesEaux 公司在 90 年代中期開發出同時具有生物脫氮、吸附殺蟲劑、去除濁度功能的 MBR 工藝， 1995 年該公司在法國的 Douchy 建成了日產飲用水 400m 3 的工廠。出水中氮濃度低於 0.1mgNO 2 /L ，殺蟲劑濃度低於 0.02 μ g/L 。
四、. 糞便污水處理
糞便污水中有機物含量很高，傳統的反硝化處理方法要求有很高污泥濃度，固液分離不穩定，影響了三級處理效果。 MBR 的出現很好地解決了這一問題，並且使糞便污水不經稀釋而直接處理成為可能。
日本已開發出被稱之為 NS 系統的屎尿處理技術，最核心部分是平板膜裝置與好氧高濃度活性污泥生物反應器組合的系統。 NS 系統於 1985 年在日本琦玉縣越谷市建成，生產規模為 10kL/d ， 1989 年又先後在長崎縣、熊本縣建成新的屎尿處理設施。 NS 系統中的平板膜每組約 0.4m 2 共幾十組並列安裝，做成能自動打開的框架裝置，並能自動沖洗。膜材料為截流分子量 20000 的聚碸超濾膜。反應器內污泥濃度保持在 15000~18000mg/L 范圍內。到 1994 年，日本已有 1200 多套 MBR 系統用於處理 4000 多萬人的糞便污水。
五、土地填埋場 / 堆肥滲濾液處理
土地填埋場 / 堆肥滲濾液含有高濃度的污染物，其水質和水量隨氣候條件與操作運行條件的變化而變化。 MBR 技術在 1994 年前就被多家污水處理廠用於該種污水的處理。通過 MBR 與 RO 技術的結合，不僅能去除 SS 、有機物和氮，而且能有效去除鹽類與重金屬。最近美國 Envirogen 公司開發出一種 MBR 用於土地填埋場滲濾液的處理，並在新澤西建成一個日處理能力為 40 萬加侖 ( 約 1500m 3 /d) 的裝置，在 2000 年底投入運行。該種 MBR 使用一種自然存在的混合菌來分解滲濾液中的烴和氯代化合物，其處理污染物的濃度為常規廢水處理裝置的 50 ～ 100 倍。能達到這一處理效果的原因是， MBR 能夠保留高效細菌並使細菌濃度達到 50 ， 000g/L 。在現場中試中，進液 COD 為幾百至 40 ， 000mg/L ，污染物的去除率達 90% 以上。
國內外 MBR 主要應用領域及相應百分比率：
污水類型 所佔百分比率（％） 污水類型 所佔百分比率（％）
工業污水 27 城市污水 12
建築污水 24 垃圾 9
家庭污水 27
MBR 發展前瞻
一、MBR 應用的重點領域和方向
•現有城市污水處理廠的更新升級，特別是出水水質難以達標或處理流量劇增而佔地面積無法擴大的水廠。
• 無排水管網系統的小區，如居民點、旅遊度假區、風景區等。
• 有污水回用需求的地區或場所，如賓館、洗車業、客機、流動廁所等充分發揮 MBR 佔地面積小、設備緊湊、自動控制、靈活方便的特點。
• 高濃度、有毒、難降解工業廢水處理。如造紙、製糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行業，是一種普遍的點源污染。 MBR 可以對這些常規處理工藝無法達標的廢水進行有效的處理，並實現回用。
• 垃圾填埋廠滲濾液的處理及回用。
• 小規模污水廠（站）的應用。膜技術的特點十分適合處理小規模污水。
二、MBR 未來的研究重點如下
• 膜污染的機理及防治。
• MBR 工藝流程形式及運行條件的優化。
• MBR 污泥產率與運行條件的關系，以合理減少污泥產量，降低污泥處理費用。
• MBR 生物反應器內微生物的代謝特性及其對出水水質、污泥活性等的影響，從而確定適宜的微生物生長及代謝條件。
• MBR 工藝經濟性研究。在目前國內經濟發展水平、膜產品供應狀況和規范設計要求的條件下， MBR 用於污水處理的最大經濟流量的確定。
• 以節能、處理特殊水質對象、兼具脫氮除磷、操作維護簡便、可以長期穩定運行等為目標，開發新型的膜 生物反應器 .
成熟、系統 MBR 的工藝設計方法