废水冷冻浓缩装备

⑴ 含铬废水蒸发浓缩时产生的结晶物是什么是氢氧化铬么但是废水呈酸性在浓缩过程中也能产生氢氧化铬么

您好。您蒸发浓缩后是回用还是排放呢？如果回用的话，结晶也许就不能回用了吧。
我是做蒸发浓缩的，可以一起探讨。

⑵ 酸碱废水的回收利用方法

含酸废水回收利用的方法主要有：浸没燃烧高温结晶法、真空浓缩冷冻结晶法和自然结晶法。浸没燃烧高温结晶法的基本过程是：将煤气燃烧所产生的高温气体直接喷入待蒸发的废液,去除废液中的水分,浓缩并回收酸类物质。这种浓缩方法适用于处理大量废水，其优点是热效率高，回收的再生酸浓度较高(可达42.6%)；缺点是酸雾大，防腐蚀要求较高，并须有可燃气体来源。真空浓缩和自然结晶法的基本过程是：利用真空减压法降低含酸废水的沸点,以蒸发水分,浓缩并回收酸类物质。这种浓缩方法的优点是自动化程度较高，酸雾问题易于解决；缺点是回收的再生酸浓度较低（仅为18～20%）；需用耐酸防腐蚀材料较多，设备投资较大。自然结晶法主要是利用含酸废水制取硫酸亚铁、硫酸铵等化工原料和化学肥料。此外，还可用渗析法、离子交换法回收酸、碱物质。在水处理工艺中，也可将酸性废水用于给水软化的磺化煤再生和用于水质稳定等。
酸碱废水是水中酸碱浓度异常的一种水污染现象。天然水的pH值通常为6.5-8.5，当pH值小于6.5或大于8.5时?表示水体受到酸类或碱类污染。酸碱废水的来源很广，往往还含有悬浮物、金属盐类、有机物等杂质。但在排至水体或进人其他处理设施前，均须对酸碱废液先进行必要的回收。含酸或含碱的废水来源很广。含酸废水主要来自制酸厂、化工厂、化学纤维厂、染料厂、金属酸洗车间和电镀车间等。其中有的含有无机酸，有的含有机酸，或二者兼有。含酸浓度差异很大，低的小于1,高的大于10。含碱废水主要来自制碱厂、制浆造纸厂、印染厂、皮革厂、炼油厂等。其中有的含无机碱，有的含有机碱。含碱浓度有的高于5，有的低于1。酸碱废水中除含有酸、碱以外还可能含有酸式盐、碱式盐以及其他无机物、有机物。

⑶ 酸碱废水处理的回收利用

对于高浓度含酸来（一般在10%以上自）、含碱（一般在5%以上）废水,首先应根据水质、水量和不同工艺要求，进行厂区或地区性调度，尽量重复使用；如重复使用有困难,或浓度较低,水量较大，可采用浓缩的方法回收酸碱。
目前含酸废水回收利用的方法主要有：浸没燃烧高温结晶法、真空浓缩冷冻结晶法和自然结晶法。浸没燃烧高温结晶法的基本过程是：将煤气燃烧所产生的高温气体直接喷入待蒸发的废液,去除废液中的水分,浓缩并回收酸类物质。这种浓缩方法适用于处理大量废水，其优点是热效率高，回收的再生酸浓度较高(可达42.6%)；缺点是酸雾大，防腐蚀要求较高，并须有可燃气体来源。真空浓缩和自然结晶法的基本过程是：利用真空减压法降低含酸废水的沸点,以蒸发水分,浓缩并回收酸类物质。这种浓缩方法的优点是自动化程度较高，酸雾问题易于解决；缺点是回收的再生酸浓度较低（仅为18～20%）；需用耐酸防腐蚀材料较多，设备投资较大。自然结晶法主要是利用含酸废水制取硫酸亚铁、硫酸铵等化工原料和化学肥料。此外，还可用渗析法、离子交换法回收酸、碱物质。在水处理工艺中，也可将酸性废水用于给水软化的磺化煤再生和用于水质稳定等。

⑷ 工业废水中金属离子的去除方法

1化学沉淀
化学沉淀法是使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物的方法，包括中和沉法和硫化物沉淀法等。
中和沉淀法
在含重金属的废水中加入碱进行中和反应，使重金属生成不溶于水的氢氧化物沉淀形式加以分离。中和沉淀法操作简单，是常用的处理废水方法。实践证明在操作中需要注意以下几点：
（1）中和沉淀后，废水中若pH值高，需要中和处理后才可排放；
（2）废水中常常有多种重金属共存，当废水中含有Zn、Pb、Sn、Al等两性金属时，pH值偏高，可能有再溶解倾向，因此要严格控制pH值，实行分段沉淀；
（3）废水中有些阴离子如：卤素、氰根、腐植质等有可能与重金属形成络合物，因此要在中和之前需经过预处理；
（4）有些颗粒小，不易沉淀，则需加入絮凝剂辅助沉淀生成。
硫化物沉淀法
加入硫化物沉淀剂使废水中重金属离子生成硫化物沉淀后从废水中去除的方法。
与中和沉淀法相比，硫化物沉淀法的优点是：重金属硫化物溶解度比其氢氧化物的溶解度更低，反应时最佳pH值在7—9之间，处理后的废水不用中和。硫化物沉淀法的缺点是：硫化物沉淀物颗粒小，易形成胶体；硫化物沉淀剂本身在水中残留，遇酸生成硫化氢气体，产生二次污染。为了防止二次污染问题，英国学者研究出了改进的硫化物沉淀法，即在需处理的废水中有选择性的加入硫化物离子和另一重金属离子（该重金属的硫化物离子平衡浓度比需要除去的重金属污染物质的硫化物的平衡浓度高）。由于加进去的重金属的硫化物比废水中的重金属的硫化物更易溶解，这样废水中原有的重金属离子就比添加进去的重金属离子先分离出来，同时能够有效地避免硫化氢的生成和硫化物离子残留的问题。
2氧化还原处理
化学还原法
电镀废水中的Cr主要以Cr6＋离子形态存在，因此向废水中投加还原剂将Cr6＋还原成微毒的Cr3＋后，投加石灰或NaOH产生Cr（OH）3沉淀分离去除。化学还原法治理电镀废水是最早应用的治理技术之一，在我国有着广泛的应用，其治理原理简单、操作易于掌握、能承受大水量和高浓度废水冲击。根据投加还原剂的不同，可分为FeSO4法、NaHSO3法、铁屑法、SO2法等。
应用化学还原法处理含Cr废水，碱化时一般用石灰，但废渣多；用NaOH或Na2CO3，则污泥少，但药剂费用高，处理成本大，这是化学还原法的缺点。
铁氧体法
铁氧体技术是根据生产铁氧体的原理发展起来的。在含Cr废水中加入过量的FeSO4，使Cr6＋还原成Cr3＋，Fe2＋氧化成Fe3＋，调节pH值至8左右，使Fe离子和Cr离子产生氢氧化物沉淀。通入空气搅拌并加入氢氧化物不断反应，形成铬铁氧体。其典型工艺有间歇式和连续式。铁氧体法形成的污泥化学稳定性高，易于固液分离和脱水。铁氧体法除能处理含Cr废水外，特别适用于含重金属离子种类较多的电镀混合废水。我国应用铁氧体法已经有几十年历史，处理后的废水能达到排放标准，在国内电镀工业中应用较多。
铁氧体法具有设备简单、投资少、操作简便、不产生二次污染等优点。但在形成铁氧体过程中需要加热（约70oC），能耗较高，处理后盐度高，而且有不能处理含Hg和络合物废水的缺点。
电解法
电解法处理含Cr废水在我国已经有二十多年的历史，具有去除率高、无二次污染、所沉淀的重金属可回收利用等优点。大约有30多种废水溶液中的金属离子可进行电沉积。电解法是一种比较成熟的处理技术，能减少污泥的生成量，且能回收Cu、Ag、Cd等金属，已应用于废水的治理。不过电解法成本比较高，一般经浓缩后再电解经济效益较好。
近年来，电解法迅速发展，并对铁屑内电解进行了深入研究，利用铁屑内电解原理研制的动态废水处理装置对重金属离子有很好的去除效果。
另外，高压脉冲电凝系统（）为当今世界新一代电化学水处理设备，对表面处理、涂装废水以及电镀混合废水中的Cr、Zn、Ni、Cu、Cd、CN－等污染物有显著的治理效果。高压脉冲电凝法比传统电解法电流效率提高20%—30%；电解时间缩短30%—40%；节省电能达到30%—40%；污泥产生量少；对重金属去除率可达96%一99%。
3溶剂萃取分离
溶剂萃取法是分离和净化物质常用的方法。由于液一液接触，可连续操作，分离效果较好。使用这种方法时，要选择有较高选择性的萃取剂，废水中重金属一般以阳离子或阴离子形式存在，例如在酸性条件下，与萃取剂发生络合反应，从水相被萃取到有机相，然后在碱性条件下被反萃取到水相，使溶剂再生以循环利用。这就要求在萃取操作时注意选择水相酸度。尽管萃取法有较大优越性，然而溶剂在萃取过程中的流失和再生过程中能源消耗大，使这种方法存在一定局限性，应用受到很大的限制。
4吸附法
吸附法是利用吸附剂的独特结构去除重金属离子的一种有效方法。利用吸附法处理电镀重金属废水的吸附剂有活性炭、腐植酸、海泡石、聚糖树脂等。活性炭装备简单，在废水治理中应用广泛，但活性炭再生效率低，处理水质很难达到回用要求，一般用于电镀废水的预处理。腐植酸类物质是比较廉价的吸附剂，把腐植酸做成腐植酸树脂用以处理含Cr、含Ni废水已有成功经验。有相关研究表明，壳聚糖及其衍生物是重金属离子的良好吸附剂，壳聚糖树脂交联后，可重复使用10次，吸附容量没有明显降低。利用改性的海泡石治理重金属废水对Pb2＋、Hg2＋、Cd2＋有很好的吸附能力，处理后废水中重金属含量显著低于污水综合排放标准。另有文献报道蒙脱石也是一种性能良好的粘土矿物吸附剂，铝锆柱撑蒙脱石在酸性条件下对Cr6＋的去除率达到99%，出水中Cr6＋含量低于国家排放标准，具有实际应用前暑。
5膜分离法
膜分离法是利用高分子所具有的选择性来进行物质分离的技术，包括电渗析、反渗透、膜萃取、超过滤等。用电渗析法处理电镀工业废水，处理后废水组成不变，有利于回槽使用。含Cu2＋、Ni2＋、Zn2＋、Cr6＋等金属离子废水都适宜用电渗析处理，已有成套设备。反渗透法已大规模用于镀Zn、Ni、Cr漂洗水和混合重金属废水处理。采用反渗透法处理电镀废水，已处理水可以回用，实现闭路循环。液膜法治理电镀废水的研究报道很多，有些领域液膜法已由基础理论研究进入到初步工业应用阶段，如我国和奥地利均用乳状液膜技术处理含Zn废水，此外也应用于镀Au废液处理中。膜萃取技术是一种高效、无二次污染的分离技术，该项技术在金属萃取方面有很大进展。
6离子交换法
离子交换处理法是利用离子交换剂分离废水中有害物质的方法，应用的离子交换剂有离子交换树脂、沸石等等，离子交换树脂有凝胶型和大孔型。前者有选择性，后者制造复杂、成本高、再生剂耗量大，因而在应用上受到很大限制。离子交换是靠交换剂自身所带的能自由移动的离子与被处理的溶液中的离子通过离子交换来实现的。推动离子交换的动力是离子间浓度差和交换剂上的功能基对离子的亲和能力，多数情况下离子是先被吸附，再被交换，离子交换剂具有吸附、交换双重作用。这种材料的应用越来越多，如膨润土，它是以蒙脱石为主要成分的粘土，具有吸水膨胀性好、比表面积大、较强的吸附能力和离子交换能力，若经改良后其吸附及离子交换的能力更强。但是却较难再生，天然沸石在对重金属废水的处理方面比膨润土具有更大的优点：沸石是含网架结构的铝硅酸盐矿物，其内部多孔，比表面积大，具有独特的吸附和离子交换能力。研究表明，沸石从废水中去除重金属离子的机理，多数情况下是吸附和离子交换双重作用，随流速增加，离子交换将取代吸附作用占主要地位。若用NaCl对天然沸石进行预处理可提高吸附和离子交换能力。通过吸附和离子交换再生过程，废水中重金属离子浓度可浓缩提高30倍。沸石去除铜，在NaCl再生过程中，去除率达97%以上，可多次吸附交换，再生循环，而且对铜的去除率并不降低。
三、生物处理技术
由于传统治理方法有成本高、操作复杂、对于大流量低浓度的有害污染难处理等缺点，经过多年的探索和研究，生物治理技术日益受到人们的重视。随着耐重金属毒性微生物的研究进展，采用生物技术处理电镀重金属废水呈现蓬勃发展势头，根据生物去除重金属离子的机理不同可分为生物絮凝法、生物吸附法、生物化学法以及植物修复法。
1生物絮凝法
生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外，具有絮凝活性的代谢物。一般由多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质构成，分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚沉淀。至目前为止，对重金属有絮凝作用的约有十几个品种，生物絮凝剂中的氨基和羟基可与Cu2＋、Hg2＋、Ag＋、Au2＋等重金属离子形成稳定的鳌合物而沉淀下来。应用微生物絮凝法处理废水安全方便无毒、不产生二次污染、絮凝效果好，且生长快、易于实现工业化等特点。此外，微生物可以通过遗传工程、驯化或构造出具有特殊功能的菌株。因而微生物絮凝法具有广阔的应用前景。
2生物吸附法
生物吸附法是利用生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再通过固液两相分离去除水溶液中的金属离子的方法。利用胞外聚合物分离金属离子，有些细菌在生长过程中释放的蛋白质，能使溶液中可溶性的重金属离子转化为沉淀物而去除。生物吸附剂具有来源广、价格低、吸附能力强、易于分离回收重金属等特点，已经被广泛应用。
3生物化学法
生物化学法指通过微生物处理含重金属废水，将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。硫酸盐生物还原法是一种典型生物化学法。该法是在厌氧条件下硫酸盐还原菌通过异化的硫酸盐还原作用，将硫酸盐还原成H2S，废水中的重金属离子可以和所产生的H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除，同时H2SO4的还原作用可将SO42－转化为S2－而使废水的pH值升高。因许多重金属离子氢氧化物的离子积很小而沉淀。有关研究表明，生物化学法处理含Cr6＋浓度为30—40mg/L的废水去除率可达99．67%—99．97%。有人还利用家畜粪便厌氧消化污泥进行矿山酸性废水重金属离子的处理，结果表明该方法能有效去除废水中的重金属。赵晓红等人用脱硫肠杆菌（SRV）去除电镀废水中的铜离子，在铜质量浓度为246．8mg/L的溶液，当pH为4．0时，去除率达99．12%。
4植物修复法
植物修复法是指利用高等植物通过吸收、沉淀、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金属含量，以达到治理污染、修复环境的目的。植物修复法是利用生态工程治理环境的一种有效方法，它是生物技术处理企业废水的一种延伸。利用植物处理重金属，主要有三部分组成：
（1）利用金属积累植物或超积累植物从废水中吸取、沉淀或富集有毒金属；
（2）利用金属积累植物或超积累植物降低有毒金属活性，从而可减少重金属被淋滤到地下或通过空气载体扩散：
（3）利用金属积累植物或超积累植物将土壤中或水中的重金属萃取出来，富集并输送到植物根部可收割部分和植物地上枝条部分。通过收获或移去已积累和富集了重金属植物的枝条，降低土壤或水体中的重金属浓度。在植物修复技术中能利用的植物有藻类、草本植物、木本植物等。
藻类净化重金属废水的能力，主要表现在对重金属具有很强的吸附力，利用藻类去除重金属离子的研究已有大量报道。褐藻对Au的吸收量达400mg/g，在一定条件下绿藻对Cu、Pb、La、Cd、Hg等重金属离子的去除率达80%—90%，马尾藻、鼠尾藻对重金属的吸附虽然不及绿海藻，但仍具有较好的去除能力。
草本植物净化重金属废水的应用已有很多报道。凤眼莲是国际上公认和常用的一种治理污染的水生漂浮植物，它具有生长迅速，既能耐低温、又能耐高温的特点，能迅速、大量地富集废水中Cd、Pb、Hg、Ni、Ag、Co、Cr等多种重金属。有关研究发现凤眼莲对钴和锌的吸收率分别高达97%和80%。此外，还有很多草本植物具有净化作用，如喜莲子草、水龙、刺苦草、浮萍、印度芥菜等。
木本植物具有处理量大、净化效果好、受气候影响小、不易造成二次污染等等优点，受到人们广泛关注。同时对土壤中Cd、Hg等有较强的吸附积累作用，由胡焕斌等试验结果表明：芦苇和池杉对重金属Pb和Cd都有较强富集能力。

⑸ 净水器的废水只能倒掉吗

浓缩水虽然不能饮用，但仍是优质的生活用水。它并不等于废水，完全可内以用来洗衣服、冲容厕所、洗菜、浇花等。净水器在安装的过程中，就不会将浓缩水管直接插入下水道中，而是通过管道设计来使得浓缩水再利用。

不同地区的水质硬度不同，因此购买前首先要了解自家水质如何。大部分城市地区的自来水水质较好，选购过滤净水器即可；而对水中含氯、味道较重的污染严重地区，或有直接饮用需求的家庭，可选购反渗透净水器。

了解净水器过滤物。看说明书或者是与导购沟通，了解净水器能够过滤的物质，一般至少要能够过滤氯气、沙土、重金属等。如果有特殊需求，就要寻找与自己情况相匹配的。

例如我国北方高硬度水质和南方石灰岩地区，水中钙、镁离子含量较高，容易结垢，应选购带离子交换树脂滤芯的高级过滤净水器。

(5)废水冷冻浓缩装备扩展阅读：

已经安装净水器的家庭，可以用一个水桶、盆接住排出的浓缩水；在居民社区的净水器旁，挖蓄水池也是一种行之有效的节水方式；另一个造价较高，但是成效较好的方式是安装浓缩水回收机。

北京市水务局曾出台《北京市节约用水办法》规定，现场制、售饮用水的单位或者个人应当安装尾水回收设施，对尾水进行利用，不得直接排放。

⑹ 饭堂废水成分

饭堂废水与通常生活污水成分差别不大，主要污染物为有机物（主要来自冲洗油污，可用COD/BOD表征，浓度大约在100-400mg/L），无机物颗粒(灰尘渣土等，用SS表征)，以及一定盐分。

由于有机物浓度低、水量小、有盐分的特点，最适宜的方法简单沉淀后用膜－生物反应器（MBR）处理。MBR的简介附在后边，另外，生物膜法也进行了解释。

生物膜法（biomembrance process）
生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为庆气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。生物膜法具有以下特点：（1）对水量、水质、水温变动适应性强；（2）处理效果好并具良好硝化功能；（3）污泥量小（约为活性污泥法的3／4）且易于固液分离；（4）动力费用省。
生物膜法又称固定膜法
基本特征是：
在污水处理构筑物内设置微生物生长聚集的载体（一般称填料），在充氧的条件下，微生物在填料表面聚附着形成生物膜，经过充氧的污水以一定的流速流过填料时，生物膜中的微生物吸收分解水中的有机物，使污水得到净化，同时微生物也得到增殖，生物膜随之增厚。当生物膜增长到一定厚度时，向生物膜内部扩散的氧受到限制，其表面仍是好氧状态，而内层则会呈缺氧甚至厌氧状态，并最终导致生物膜的脱落。随后，填料表面还会继续生长新的生物膜，周而复始，使污水得到净化。
微生物在填料表面聚附着形成生物膜后，由于生物膜的吸附作用，其表面存在一层薄薄的水层，水层中的有机物已经被生物膜氧化分解，故水层中的有机物浓度浓度比进水要低得多，当废水从生物膜表面流过时，有机物就会从运动着的废水中转移到附着在生物膜表面的水层中去，并进一步被生物膜所吸附，同时，空气中的氧也经过废水而进入生物膜水层并向内部转移。
生物膜上的微生物在有溶解氧的条件下对有机物进行分解和机体本身进行新陈代谢，因此产生的二氧化碳等无机物又沿着相反的方向，即从生物膜经过附着水层转移到流动的废水中或空气中去。这样一来 ，出水的有机物含量减少，废水得到了净化。
生物膜法的主要形式有哪些？
按生物膜与废水的接触方式分为：
填充式和浸渍式两种
填充式包括生物滤池和生物转盘
浸渍式包括接触氧化法和生物流化床

在污水处理，水资源再利用领域，MBR又称膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor ）,是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。膜的种类繁多,按分离机理进行分类,有反应膜、离子交换膜、渗透膜等;按膜的性质分类,有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜) ;按膜的结构型式分类,有平板型、管型、螺旋型及中空纤维型等。

一、 MBR 工艺的组成
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。通常提到的膜 - 生物反应器实际上是三类反应器的总称： ① 曝气膜 - 生物反应器 (Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ； ② 萃取膜 - 生物反应器（ Extractive Membrane Bioreactor, EMBR ）； ③ 固液分离型膜 - 生物反应器（ Solid/Liquid Separation Membrane Bioreactor, SLSMBR, 简称 MBR ）。
二、曝气膜 - 生物反应器
曝气膜 - 生物反应器最早见于 Cote.P 等 1988 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（ Bubble Point ）情况下，可实现向生物反应器的无泡曝气。该工艺的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。如图 [1] 所示。
图 [1]
三、萃取膜 - 生物反应器
萃取膜 - 生物反应器 又称为 EMBR （ Extractive Membrane Bioreactor ）。因为高酸碱度或对生物有毒物质的存在，某些工业废水不宜采用与微生物直接接触的方法处理；当废水中含挥发性有毒物质时，若采用传统的好氧生物处理过程，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 Livingston 研究开发了 EMB 。其工艺流程见图 2 。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。由于萃取膜两侧的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的影响，使水处理效果稳定。系统的运行条件如 HRT 和 SRT 可分别控制在最优的范围，维持最大的污染物降解速率。
[ 图 2] （暂缺）
四、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。在传统的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的，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。而污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况，改善污泥沉降性必须严格控制曝气池的操作条件，这限制了该方法的适用范围。由于二沉池固液分离的要求，曝气池的污泥不能维持较高浓度，一般在 1.5~3.5g/L 左右，从而限制了生化反应速率。水力停留时间（ HRT ）与污泥龄（ SRT ）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的剩余污泥，其处置费用占污水处理厂运行费用的 25% ～ 40% 。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， MBR 将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，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的增大和污泥中特效菌 ( 特别是优势菌群 ) 的出现，提高了生化反应速率。同时，通过降低 F/M 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的许多突出问题。
五、 MBR 工艺类型
以下讨论的均为固液分离型膜 - 生物反应器。 根据膜组件和生物反应器的组合方式，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。分置式和一体式的 MBR 请参见图 3 。
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 3 所示。生物反应器中的混合液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透过膜，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 - 生物反应器的特点是运行稳定可靠，易于膜的清洗、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的沉积，延长膜的清洗周期，需要用循环泵提供较高的膜面错流流速，水流循环量大、动力费用高 (Yamamoto, 1989) ，并且泵的高速旋转产生的剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象 ( Brockmann and Seyfried, 1997 ) 。
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 4 所示。进水进入膜 - 生物反应器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外压作用下由膜过滤出水。这种形式的膜 - 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。
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，所不同的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，改变了反应器的某些性状，如图 5 所示：

MBR 工艺的特点
与许多传统的生物水处理工艺相比， MBR 具有以下主要特点：
一、出水水质优质稳定
由于膜的高效分离作用，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的生活杂用水水质标准（ CJ25.1-89 ），可以直接作为非饮用市政杂用水进行回用。
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的微生物浓度，不但 提高了反应装置对污染物的整体去除效率，保证了良好的出水水质，同时反应器 对进水负荷（水质及水量）的各种变化具有很好的适应性，耐冲击负荷，能够稳定获得优质的出水水质。
二、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。
三、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的微生物量，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。
四、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的微生物如硝化细菌的截留生长，系统硝化效率得以提高。同时，可增长一些难降解的有机物在系统中的水力停留时间，有利于难降解有机物降解效率的提高。
五、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（ HRT ）与污泥停留时间（ SRT ）的完全分离，运行控制更加灵活稳定，是污水处理中容易实现装备化的新技术，可实现微机自动控制，从而使操作管理更为方便。
六、易于从传统工艺进行改造
该工艺可以作为传统污水处理工艺的深度处理单元，在城市二级污水处理厂出水深度处理（从而实现城市污水的大量回用）等领域有着广阔的应用前景。
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 - 生物反应器的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 MBR 泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力，其次是 MBR 池中 MLSS 浓度非常高，要保持足够的传氧速率，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 MBR 的能耗要比传统的生物处理工艺高。
MBR 工艺用膜
膜可以由很多种材料制备，可以是液相、固相甚至是气相的。目前使用的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的，可以是荷电的或电中性的。广泛用于废水处理的膜主要是由有机高分子材料制备的固相非对称膜。
膜的分类如图所示：
一、 MBR 膜材质
1、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，膜的制造工艺较为成熟，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。
2、无机膜 ：是固态膜的一种，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的半透膜。
目前在 MBR 中使用的无机膜多为陶瓷膜，优点是：它可以在 pH ＝ 0~14 、压力 P<10MPa 、温度 <350 ℃ 的环境中使用，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、膜的加工制备有一定困难。
二、 MBR 膜孔径
MBR 工艺中用膜一般为微滤膜（ MF ）和超滤膜（ UF ），大都采用 0.1 ～ 0.4 μ m 膜孔径，这对于固液分离型的膜反应器来说已经足够。
微滤膜常用的聚合物材料有：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。
超滤常用聚合物材料有：聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯腈（ PAN ）、聚偏氟乙烯、纤维素酯、聚醚醚酮、聚亚酰胺、聚醚酰胺等。
三、 MBR 膜组件
为了便于工业化生产和安装，提高膜的工作效率，在单位体积内实现最大的膜面积，通常将膜以某种形式组装在一个基本单元设备内，在一定的驱动力下，完成混合液中各组分的分离，这类装置称为膜组件（ Mole ）。
工业上常用的膜组件形式有五种：
板框式（ Plate and Frame Mole ）、螺旋卷式 (Spiral Wound Mole) 、圆管式 (Tubular Mole) 、中空纤维式 (Hollow Fiber Mole) 和毛细管式 (Capillary Mole) 。前两种使用平板膜，后三者使用管式膜。圆管式膜直径 >10mm; 毛细管式－ 0.5~10.0mm ；中空纤维式 <0.5mm> 。
表：各种膜组件特性
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 /m 3 ） 40~150 150~800 250~800 800~2500 400~1500
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
MBR 工艺中常用的膜组件形式有：板框式、圆管式、中空纤维式。
板框式：
是 MBR 工艺最早应用的一种膜组件形式，外形类似于普通的板框式压滤机。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。
圆管式：
是由膜和膜的支撑体构成，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 6~24mm 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。
中空纤维式：
组装形式如下图所示：
[ 图 ]
外径一般为 40 ～ 250 μm ，内径为 25 ～ 42μm 。优点是：耐压强度高，不易变形。在 MBR 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，透水率低的尼龙中空纤维膜；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的分离性能有很大影响。
MBR 膜组件设计的一般要求：
• 对膜提供足够的机械支撑，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；
• 尽可能高的装填密度，安装，清洗、更换方便；
• 具有足够的机械强度、化学和热稳定性。
膜组件的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。
MBR 的应用领域
进入 90 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 Zenon 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，其开发出的膜 - 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 380m 3 /d 至 7600m 3 /d 。日本三菱人造丝公司也是世界上浸入式中空纤维膜的知名提供商，其在 MBR 的应用方面也积累了多年的经验，在日本以及其他国家建有多项实际 MBR 工程。日本 Kubota 公司是另一个在膜 - 生物反应器实际应用中具有竞争力的公司，它所生产的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 MBR 实用化方面进行着尝试。
现在，膜 - 生物反应器已应用于以下领域：
一、 城市污水处理及建筑中水回用
1967 年第一个采用 MBR 工艺的废水处理厂由美国的 Dorr-Oliver 公司建成，这个处理厂处理 14m 3 /d 废水。 1977 年，一套污水回用系统在日本的一幢高层建筑中得到实际应用。 1980 年，日本建成了两座处理能力分别为 10m 3 /d 和 50m 3 /d 的 MBR 处理厂。 90 年代中期，日本就有 39 座这样的厂在运行，最大处理能力可达 500m 3 /d ，并且有 100 多处的高楼采用 MBR 将污水处理后回用于中水道。 1997 年，英国 Wessex 公司在英国 Porlock 建立了当时世界上最大的 MBR 系统，日处理量达 2 ， 000 m 3 ， 1999 年又在 Dorset 的 Swanage 建成了 13 ， 000m 3 /d 的 MBR 工厂 [14] 。
1998 年 5 月，清华大学进行的一体式膜 - 生物反应器中试系统通过了国家鉴定。 2000 年初，清华大学在北京市海淀乡医院建起了一套实用的 MBR 系统，用以处理医院废水，该工程于 2000 年 6 月建成并投入使用，目前运转正常。 2000 年 9 月，天津大学杨造燕教授及其领导的科研小组在天津新技术产业园区普辰大厦建成了一个 MBR 示范工程，该系统日处理污水 25 吨，处理后的污水全部用于卫生间的冲洗及绿地浇洒，占地面积为 10 平方米，处理每吨污水的能耗为 0.7kW · h 。
二、. 工业废水处理
90 年代以来， MBR 的处理对象不断拓宽，除中水回用、粪便污水处理以外， MBR 在工业废水处理中的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，均获得了良好的处理效果。 90 年代初，美国在 Ohio 建造了一套用于处理某汽车制造厂的工业废水的 MBR 系统，处理规模为 151m 3 /d ，该系统的有机负荷达 6.3kgCOD/m 3 · d ， COD 去除率为 94% ，绝大部分的油与油脂被降解。在荷兰，一脂肪提取加工厂采用传统的氧化沟污水处理技术处理其生产废水，由于生产规模的扩大，结果导致污泥膨胀，污泥难以分离，最后采用 Zenon 的膜组件代替沉淀池，运行效果良好。
三、. 微污染饮用水净化
随着氮肥与杀虫剂在农业中的广泛应用，饮用水也不同程度受到污染。 LyonnaisedesEaux 公司在 90 年代中期开发出同时具有生物脱氮、吸附杀虫剂、去除浊度功能的 MBR 工艺， 1995 年该公司在法国的 Douchy 建成了日产饮用水 400m 3 的工厂。出水中氮浓度低于 0.1mgNO 2 /L ，杀虫剂浓度低于 0.02 μ g/L 。
四、. 粪便污水处理
粪便污水中有机物含量很高，传统的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。 MBR 的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。
日本已开发出被称之为 NS 系统的屎尿处理技术，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的系统。 NS 系统于 1985 年在日本琦玉县越谷市建成，生产规模为 10kL/d ， 1989 年又先后在长崎县、熊本县建成新的屎尿处理设施。 NS 系统中的平板膜每组约 0.4m 2 共几十组并列安装，做成能自动打开的框架装置，并能自动冲洗。膜材料为截流分子量 20000 的聚砜超滤膜。反应器内污泥浓度保持在 15000~18000mg/L 范围内。到 1994 年，日本已有 1200 多套 MBR 系统用于处理 4000 多万人的粪便污水。
五、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的污染物，其水质和水量随气候条件与操作运行条件的变化而变化。 MBR 技术在 1994 年前就被多家污水处理厂用于该种污水的处理。通过 MBR 与 RO 技术的结合，不仅能去除 SS 、有机物和氮，而且能有效去除盐类与重金属。最近美国 Envirogen 公司开发出一种 MBR 用于土地填埋场渗滤液的处理，并在新泽西建成一个日处理能力为 40 万加仑 ( 约 1500m 3 /d) 的装置，在 2000 年底投入运行。该种 MBR 使用一种自然存在的混合菌来分解渗滤液中的烃和氯代化合物，其处理污染物的浓度为常规废水处理装置的 50 ～ 100 倍。能达到这一处理效果的原因是， MBR 能够保留高效细菌并使细菌浓度达到 50 ， 000g/L 。在现场中试中，进液 COD 为几百至 40 ， 000mg/L ，污染物的去除率达 90% 以上。
国内外 MBR 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 27 城市污水 12
建筑污水 24 垃圾 9
家庭污水 27
MBR 发展前瞻
一、MBR 应用的重点领域和方向
•现有城市污水处理厂的更新升级，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的水厂。
• 无排水管网系统的小区，如居民点、旅游度假区、风景区等。
• 有污水回用需求的地区或场所，如宾馆、洗车业、客机、流动厕所等充分发挥 MBR 占地面积小、设备紧凑、自动控制、灵活方便的特点。
• 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，是一种普遍的点源污染。 MBR 可以对这些常规处理工艺无法达标的废水进行有效的处理，并实现回用。
• 垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用。
• 小规模污水厂（站）的应用。膜技术的特点十分适合处理小规模污水。
二、MBR 未来的研究重点如下
• 膜污染的机理及防治。
• MBR 工艺流程形式及运行条件的优化。
• MBR 污泥产率与运行条件的关系，以合理减少污泥产量，降低污泥处理费用。
• MBR 生物反应器内微生物的代谢特性及其对出水水质、污泥活性等的影响，从而确定适宜的微生物生长及代谢条件。
• MBR 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的条件下， MBR 用于污水处理的最大经济流量的确定。
• 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，开发新型的膜 生物反应器 .
成熟、系统 MBR 的工艺设计方法