【正文】 ，直徑大于 10mm 的為管式膜；直徑在 之間的是毛細管式膜；直徑小于 的為中空纖維膜。管狀膜直徑越小，則單位體積里的膜面積越大。3. 膜分離的定義和分類所有分離過程都是利用在某種環(huán)境中混合物各組分性質的差異進行分離。膜分離過程是以選擇性透過膜為分離介質，在兩側加以某種推動力時，原料側組分選擇性地透過膜，從而達到分離或提純的目的。1）反滲透和納濾反滲透已成為海水淡化最經濟的技術，也是苦咸水淡化的主要手段，它已成為超純水和純水制備的優(yōu)選技術；另外在各種料液的分離、純化和濃縮以及廢液的再生回用方面都發(fā)揮了重大作用。我國反滲透技術能在海水淡化、脫水濃縮、高溫水再用、市政和工業(yè)廢水處理與再用領域發(fā)揮其應有的作用。納濾膜介于反滲透膜和超濾膜之間，是近 10 多年發(fā)展較快的膜品種。a. 反滲透原理當用一個半透性膜分離兩種不同濃度的溶液時，膜僅允許溶劑分子通過。由于濃溶液中溶劑的化學勢低于它在稀溶液中的化學勢，稀溶液中的溶劑分子自發(fā)地透過半透膜向濃溶液中遷移。b. 反滲透膜與納濾膜及其組件c. 反滲透膜與納濾膜３２ / 68由于反滲透膜與納濾膜多種多樣，主要有平板不對稱膜、不對稱平板復合膜、管式不對稱膜、中空纖維不對稱膜、中空纖維復合膜等。目前平板不對稱膜和中空纖維膜占據了市場絕大部分的份額。d. 反滲透膜與納濾膜組件反滲透過程的經濟性和實用性決定于組見的價格和性能。它對組件的機械強度、流體力學結構及經濟性都有較高的要求。e. 反滲透與納濾工藝流程反滲透與納濾工藝流程通常包括前處理工藝、膜分離工藝和后處理工藝三部分。為減少料液在膜分離過程中對膜的污染和化學損傷，必須對料液進行適當的預處理。在實際生產中對溶液的分離有不同的要求，必須選用合適的膜和組件形式，應該通過計算確定組件的排列和操作條件。f. 反滲透與納濾應用反滲透應用領域可分為兩大類：水純化和溶質濃縮。主要用于水的純化，如海水和苦咸水脫鹽制飲用水，以及制備半導體工業(yè)、醫(yī)藥、化學工業(yè)中所需的超純水。納濾膜對 Na+和 Cl單價離子的截留率較低，實踐證明納濾可以代替沉淀、pH調節(jié)和蒸發(fā)等過程，達到產品純化和濃縮的目的，是一新的高效節(jié)能的過程。此外納濾在有機小分子與鹽的分離與濃縮、去除無脂奶粉的異味等方面得到了廣泛的應用。2）超濾a. 超濾原理超濾膜多為不對稱結構，由一層極薄、具有一定尺寸孔徑的表皮層和一層較厚、具有海綿狀或指定結構的多孔層組成。前者起分離作用，后者起支撐作用。在超濾膜分離過程中，膜的孔徑大小和膜表面的化學性質等將分別起著不同的分離作用。一般情況下，超濾膜的性能指標有滲透通量和截留率。超濾膜的耐壓性、耐清洗性、耐溫性等性能對于工業(yè)應用是非常重要的。目前商品化的有機材質的超濾膜都是采用相轉化法制得的。b. 超濾操作工藝 超濾的基本操作有以下三種。３３ / 68 重過濾操作，用于大分子和小分子的分離。 間歇操作，常用于小規(guī)模生產。 連續(xù)式操作，常用于大規(guī)模生產。c. 超濾應用超濾在需將尺寸較大的分子或微粒與低分子物質或溶劑分離的領域得到廣泛應用。超濾裝置可單獨運行，也可與其他處理設備結合應用于各種分離過程中。超濾已成為蛋白和酶純化和濃縮的高效過程。超濾濃縮的優(yōu)點是無相變、一般不需加熱、工序簡單、適用 pH 范圍寬和防止失活等，很適用于熱敏性物質的分離濃縮。3）微濾微濾（MF）是一種與常規(guī)的粗濾十分相似的膜過程。微孔濾膜具有比較整齊、均勻的多孔結構，孔徑范圍 ，使過濾從一般只有比較粗造的相對性質過度到精密的絕對性質，主要用于對懸浮液和乳液進行截留。a. 微濾原理微濾又稱為精過濾，其基本原理屬于篩網狀過濾，在靜壓差作用下，小于膜孔的粒子通過濾膜，大于膜孔的粒子則被截留到膜表面，使大小不同的組分得以分離，操作壓力為 。除此以外，還有膜表面層的吸附截留和架橋截留，以及膜內部的網絡中截留。b. 微濾操作工藝微濾有兩種操作工藝：死端過濾在死端過濾時，溶劑和小于膜孔的溶質在壓力驅動下透過膜，大于膜孔的顆粒被截留，通常堆積在膜表面上。死端過濾是間隙式的，必須周期性地停下來清洗膜表面的污染層或更換膜。錯流過濾 在泵的推動下料液平行于膜面流動，與死端過濾不同的是料液流經膜面時產生的剪切力把膜表面上的滯留的顆粒帶走，從而使污染層保持在一個較薄的水平。c. 微濾膜 微濾膜屬于篩網狀過濾介質，具有形態(tài)整齊的結構，使所有比網孔大的粒子全３４ / 68部攔截在膜表面上。 目前市場上的微孔濾膜的材質可分為有機和無機兩大類。有機材質主要是聚合物，常通過相轉化、拉伸、燒結、徑跡刻蝕等方法制備。d. 微濾膜的應用 微濾是所有膜過程中應用最普遍、銷售額最大的一項技術。工業(yè)上，微濾主要用于將大于 的粒子與溶液分開的場合，它的最大市場是制藥行業(yè)的除菌過濾和電子工業(yè)用高純水的制備。其最新的應用領域是生物技術和生物醫(yī)學領域技術。4）滲析 滲析；也是透析，是溶質自身濃度梯度作用下膜的上游傳下下游的過程。由于分子大小及溶解度不同，使得不同溶質的擴散速率不同，從而實現分離。a. 傳質理論原料液和透析掖流向通常是逆向的，也可以是同向的。若溶劑與溶液中其他組分之間不存在耦合作用，則在滲透壓的作用下溶劑從低濃度側流向高濃度側；若原料液側壓力高于滲透壓側，則溶劑從原料液側流向滲透壓側。b. 滲析膜 透析主要用于從高分子量物質中分離出低分子量組分，基于不同組分物化性質和分子尺寸的差異，導致其在膜的擴散速率不同而實現分離的。c. 滲析應用 目前滲析最主要的用途是血液透析，即以透析膜代替腎除去尿素、肌酸酐、磷酸鹽和尿酸等有毒的低分子量組分，以緩解腎衰竭和尿毒病患者的病情。5）電滲析 電滲析是在直流電場作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質從溶液中分離出來，從而實現溶液的濃縮、淡化、精制和提純。a. 電滲析的基本原理 在陰極和陽極之間交替排列一系列陰離子交換膜和陽離子交換膜。陰離子交換膜能使陰離子透過，陽離子交換膜能使陽離子透過。b. 離子交換膜 目前離子交換膜的種類很多，常用的膜按功能分有陰離子交換膜和陽離子交換３５ / 68膜。 強酸性陽膜 陽離子交換膜 中等酸性陽膜 弱酸性陽膜 強堿性陰膜陰離子交換膜 中等堿性陰膜 c. 電滲析的應用 目前電滲析已是一種相當成熟的膜分離技術，主要用途是苦咸水淡化、生產飲用水、濃縮海水制鹽以及體系中脫除電解質。 第三節(jié) 膜組件 工業(yè)應用中通常需要較大面積的膜。安裝膜的最小單元稱為膜組件。膜組件的設計有很多種形式，它們均根據兩種膜結構形式設計：平板膜和管式膜。板框式和卷式膜組件使用平板膜，管式、毛細管式和中空纖維膜組件均使用管式膜。1. 板框式膜組件板框式膜組件的突出優(yōu)點是操作靈活，其主要特點有：1）組裝簡單、堅固，對壓力變動和現場作業(yè)的可靠性較大；2）可以簡單的增加膜的層數實現增大處理量；3）每兩片膜之間的滲透物都是被單獨引出來的，可以通過關閉個別膜來消除操作中的故障，而不必使整個組件停止運行。板框式膜組件可用于反滲透、超濾和滲透汽化過程。在不同的過程中，組件的具體設計也不相同。2. 卷式膜組件 卷式膜組件是目前反滲透、超濾及氣體分離過程中最重要的膜組件形式，也有少量用于滲透汽化過程。弱堿性陰膜３６ / 68 對于不同的處理對象，可對卷式膜組件的結構作相應的改進。3. 管式膜組件 管式膜組件是由園管式的膜及膜的支撐構成。由于膜本身的強度不夠，因此在壓力下工作時需要具有良好透水性能和高強度的材料支撐。 管式膜的流道較大，對料液中雜質含量的要求不高，可用于處理高固含量的料液。膜面的清洗不僅可以用化學方法，而且也可以用海綿球之類的機械清洗方法。4. 毛細管膜組件 毛細管膜組件的結構類似于管式膜。由于膜的孔徑較小（），能承受高壓，所以不用支撐管。毛細管膜組件裝填密度較大，制造費用較低，但壓縮強度較小，在多數情況下料液的流動為層流。目前用于超濾、滲析、滲透汽化過程以及某些氣體滲透過程。5. 中空纖維膜組件中空纖維膜組件與毛細管膜組件的形式相同，差別在于膜的規(guī)格不同。通常中空纖維的外徑約 40250um，外徑與內徑之比為 24。 中空纖維最主要的優(yōu)點是裝填密度很高，可達 1600030000m2/m 對反滲透、氣體分離、膜接觸器、液膜等單位面積滲透通量很小的過程是非常有利的。第七章 廢水生物處理技術第一節(jié) 概論生物處理的目的是去除有機物植物性營養(yǎng)物以及通過生物絮凝去除膠體，同時也可以獲得能量和產品。其主要機理是微生物代謝。生物處理工藝廣泛應用于城市污水和各類有機工業(yè)廢水處理。按照微生物對氧的需求，生物法分為好氧、厭氧（含缺氧）兩類；按微生物生長方式分為懸浮生長、固著生長、混合生長 3 類。還可以按照操作條件和用途分類。常用的好氧生物處理工藝包括：普通活性污泥法、氧化溝、間歇式活性污泥法、生物接觸氧化法、生物轉盤以及曝氣生物濾池等。常用的厭氧生物處理工藝包括：水解酸化池、普通厭氧消化池、厭氧接觸法、厭３７ / 68氧濾池、升流式厭氧污泥床反應器（UASB）、厭氧流化床以及 EGSB 反應器、IC反應器等。通常在廢水處理工程實踐中，往往是將厭氧、缺氧、好氧工藝進行合理組合，以彌補不同處理方法的缺陷，達到理想的處理效果。A/O 脫氮工藝、A/A/O 同步脫氮除磷工藝等都是多種處理方法相結合的組合工藝。第二節(jié) 生物脫氮工藝廢水中的氮主要以氨氮和有機氮形式存在，通常不含或僅含有少量的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。在未經處理的廢水中，氮有可溶性的或顆粒狀的?？扇苄杂袡C氮主要以尿素和氨基酸的形式存在。一部份顆粒性有機氮在初沉池中可以去除。在生物處理過程中，大部分顆粒性有機氮轉化成氨氮和其它無機氮。活性污泥法（A/O 工藝）是生物脫氮的主要形式。生物脫氮主要是靠一些專性細菌實現氮的形態(tài)轉化，最終生成無害的氮氣，從水體中脫出。工藝原理在氨化菌的作用下，有機氮化合物分解，轉化為 NH3N，以氨基酸為例，其反應式為：RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO 2+NH3生物硝化作用是利用化能自養(yǎng)微生物將氨氮氧化成硝酸鹽的一種生化反應過程。硝化作用由兩類化能自養(yǎng)細菌參與，亞硝化單胞菌首先將氨氮 NH3N 氧化成亞硝酸鹽 NO2N，硝化桿菌再將 NO2N 氧化成穩(wěn)定狀態(tài)的硝酸鹽 NO3N。后一反應較快，一般不會造成 NO2—N 的積累。反應過程如下：第一步，氨轉化為亞硝酸鹽：NH4++3/2O2→NO 2+2H++H2OΔE ΔE=第二步，亞硝酸鹽為硝酸鹽：NO2+1/2O2→NO 3+2H+ ΔE ΔE=這兩個過程都是釋放能量過程，亞硝酸鹽和硝酸菌就是利用這兩個過程釋放的能量來合成新細菌體和維持正常的生命活動?？偡磻綖椋海常?/ 68NH4++2O2→NO 3+2H++H2O ΔE ΔE=351kJ綜合氨氧化和細胞體合成反應式如下：NH4+++→ 5H7O2N+++生物硝化工藝可去除廢水中的有機氮和氨氮，出水中的氮以硝酸鹽的形式存在，本工程中不僅要去除有機氮和氨氮還要去除硝酸鹽氮，因此必須在生物硝化工藝的基礎上采用生物反硝化工藝，即 A/O 工藝。生物反硝化系指污水中的硝酸鹽，在缺氧條件下，被微生物還原為氮氣的生化反應過程，參與這一生化反應的微生物是反硝化細菌，這是一類大量存在于活性污泥中的兼性異養(yǎng)菌，如產堿桿菌、假單胞菌等菌屬均能均能進行生物反硝化。在有氧存在的好氧狀態(tài)下，反硝化菌能進行好氧生物代謝，氧化分解有機污染物，去除BOD5；在無分子氧但存在硝酸鹽的條件下，反硝化細菌能利用 NO3中的氧（又稱為化合態(tài)或硝態(tài)氧），繼續(xù)分解代謝有機污染物，去除 BOD5，并同時將 NO3中的氮轉化為氮氣。反硝化過程分兩步進行：第一步由硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽，第二步由亞硝酸鹽轉化為一氧化氮、氧化二氮和氮氣：NO3→NO 2→NO→N 2O→N 2事實上這只是硝酸鹽還原的其中一個過程——異化過程。在異化過程的同時，還有一個同化過程，硝酸鹽轉化成氨氮用于細胞合成。在反硝化過程中要有含碳有機物作為該過程中的電子供體，碳源既可以是污水或細胞體內碳源，也可以外部投加。以采用甲醇作為碳源，反應過程如下：第一步： 6NO2+2CO2+4H2O第二步：6NO 2+3CH3OH→3N 2+3CO2+3H2O+6OH總反應式為：6NO3+5CH3OH→5CO 2+3N2+7H2O+6OH典型的同化作用反應如下：3NO2+14CH3OH+CO2+3H+→3C 5H7O2N+19H2O同化作用和異化作用綜合反應式為：NO2++CO2+H+→ 5H7O2N+++３９ / 68第三節(jié) MBR 工藝一、原理MBR（膜生物反應器）工藝的工作原理：首先通過活性污泥來去除水中可生物降解的有機污染物，然后采用膜將凈化后的水和活性污泥進行固液分離。中空絲膜的孔徑在 左右，能夠截留住活性污泥以及絕大多數的懸浮物，取得清澈的出水。為了使得膜能夠連續(xù)長期穩(wěn)定的使用，在中空絲膜的下方以一定強度的空氣不斷對膜進行抖動，既起到為生物氧化供氧作用，又防止活性污泥附著在