【正文】 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(qiáng)度的空氣不斷對(duì)膜進(jìn)行抖動(dòng)，既起到為生物氧化供氧作用，又防止活性污泥附著在。以采用甲醇作為碳源，反應(yīng)過程如下：第一步： 6NO2+2CO2+4H2O第二步：6NO 2+3CH3OH→3N 2+3CO2+3H2O+6OH總反應(yīng)式為：6NO3+5CH3OH→5CO 2+3N2+7H2O+6OH典型的同化作用反應(yīng)如下：3NO2+14CH3OH+CO2+3H+→3C 5H7O2N+19H2O同化作用和異化作用綜合反應(yīng)式為：NO2++CO2+H+→ 5H7O2N+++３９ / 68第三節(jié) MBR 工藝一、原理MBR（膜生物反應(yīng)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(jī)污染物，然后采用膜將凈化后的水和活性污泥進(jìn)行固液分離。在異化過程的同時(shí)，還有一個(gè)同化過程，硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氨氮用于細(xì)胞合成。在有氧存在的好氧狀態(tài)下，反硝化菌能進(jìn)行好氧生物代謝，氧化分解有機(jī)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(xì)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(jī)污染物，去除 BOD5，并同時(shí)將 NO3中的氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。總反?yīng)式為：３８ / 68NH4++2O2→NO 3+2H++H2O ΔE ΔE=351kJ綜合氨氧化和細(xì)胞體合成反應(yīng)式如下：NH4+++→ 5H7O2N+++生物硝化工藝可去除廢水中的有機(jī)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(jī)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(chǔ)上采用生物反硝化工藝，即 A/O 工藝。后一反應(yīng)較快，一般不會(huì)造成 NO2—N 的積累。工藝原理在氨化菌的作用下，有機(jī)氮化合物分解，轉(zhuǎn)化為 NH3N，以氨基酸為例，其反應(yīng)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(yīng)過程?；钚晕勰喾ǎˋ/O 工藝）是生物脫氮的主要形式。一部份顆粒性有機(jī)氮在初沉池中可以去除。在未經(jīng)處理的廢水中，氮有可溶性的或顆粒狀的。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(jié)合的組合工藝。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(yīng)器（UASB）、厭氧流化床以及 EGSB 反應(yīng)器、IC反應(yīng)器等。還可以按照操作條件和用途分類。生物處理工藝廣泛應(yīng)用于城市污水和各類有機(jī)工業(yè)廢水處理。第七章 廢水生物處理技術(shù)第一節(jié) 概論生物處理的目的是去除有機(jī)物植物性營養(yǎng)物以及通過生物絮凝去除膠體，同時(shí)也可以獲得能量和產(chǎn)品。通常中空纖維的外徑約 40250um，外徑與內(nèi)徑之比為 24。目前用于超濾、滲析、滲透汽化過程以及某些氣體滲透過程。由于膜的孔徑較?。ǎ?，能承受高壓，所以不用支撐管。膜面的清洗不僅可以用化學(xué)方法，而且也可以用海綿球之類的機(jī)械清洗方法。由于膜本身的強(qiáng)度不夠，因此在壓力下工作時(shí)需要具有良好透水性能和高強(qiáng)度的材料支撐。弱堿性陰膜３６ / 68 對(duì)于不同的處理對(duì)象，可對(duì)卷式膜組件的結(jié)構(gòu)作相應(yīng)的改進(jìn)。在不同的過程中，組件的具體設(shè)計(jì)也不相同。1. 板框式膜組件板框式膜組件的突出優(yōu)點(diǎn)是操作靈活，其主要特點(diǎn)有：1）組裝簡單、堅(jiān)固，對(duì)壓力變動(dòng)和現(xiàn)場作業(yè)的可靠性較大；2）可以簡單的增加膜的層數(shù)實(shí)現(xiàn)增大處理量；3）每兩片膜之間的滲透物都是被單獨(dú)引出來的，可以通過關(guān)閉個(gè)別膜來消除操作中的故障，而不必使整個(gè)組件停止運(yùn)行。膜組件的設(shè)計(jì)有很多種形式，它們均根據(jù)兩種膜結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)：平板膜和管式膜。 第三節(jié) 膜組件 工業(yè)應(yīng)用中通常需要較大面積的膜。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。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。c. 滲析應(yīng)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。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(cè)流向高濃度側(cè)；若原料液側(cè)壓力高于滲透壓側(cè)，則溶劑從原料液側(cè)流向滲透壓側(cè)。由于分子大小及溶解度不同，使得不同溶質(zhì)的擴(kuò)散速率不同，從而實(shí)現(xiàn)分離。其最新的應(yīng)用領(lǐng)域是生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域技術(shù)。d. 微濾膜的應(yīng)用 微濾是所有膜過程中應(yīng)用最普遍、銷售額最大的一項(xiàng)技術(shù)。 目前市場上的微孔濾膜的材質(zhì)可分為有機(jī)和無機(jī)兩大類。錯(cuò)流過濾 在泵的推動(dòng)下料液平行于膜面流動(dòng)，與死端過濾不同的是料液流經(jīng)膜面時(shí)產(chǎn)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(gè)較薄的水平。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(shí)，溶劑和小于膜孔的溶質(zhì)在壓力驅(qū)動(dòng)下透過膜，大于膜孔的顆粒被截留，通常堆積在膜表面上。a. 微濾原理微濾又稱為精過濾，其基本原理屬于篩網(wǎng)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 。3）微濾微濾（MF）是一種與常規(guī)的粗濾十分相似的膜過程。超濾已成為蛋白和酶純化和濃縮的高效過程。c. 超濾應(yīng)用超濾在需將尺寸較大的分子或微粒與低分子物質(zhì)或溶劑分離的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 間歇操作，常用于小規(guī)模生產(chǎn)。b. 超濾操作工藝 超濾的基本操作有以下三種。超濾膜的耐壓性、耐清洗性、耐溫性等性能對(duì)于工業(yè)應(yīng)用是非常重要的。在超濾膜分離過程中，膜的孔徑大小和膜表面的化學(xué)性質(zhì)等將分別起著不同的分離作用。2）超濾a. 超濾原理超濾膜多為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的多孔層組成。納濾膜對(duì) Na+和 Cl單價(jià)離子的截留率較低，實(shí)踐證明納濾可以代替沉淀、pH調(diào)節(jié)和蒸發(fā)等過程，達(dá)到產(chǎn)品純化和濃縮的目的，是一新的高效節(jié)能的過程。f. 反滲透與納濾應(yīng)用反滲透應(yīng)用領(lǐng)域可分為兩大類：水純化和溶質(zhì)濃縮。為減少料液在膜分離過程中對(duì)膜的污染和化學(xué)損傷，必須對(duì)料液進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。它對(duì)組件的機(jī)械強(qiáng)度、流體力學(xué)結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)性都有較高的要求。目前平板不對(duì)稱膜和中空纖維膜占據(jù)了市場絕大部分的份額。由于濃溶液中溶劑的化學(xué)勢低于它在稀溶液中的化學(xué)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。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。1）反滲透和納濾反滲透已成為海水淡化最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，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(shù)；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。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(zhì)的差異進(jìn)行分離。后三種皆為管狀膜，直徑大于 10mm 的為管式膜；直徑在 之間的是毛細(xì)管式膜；直徑小于 的為中空纖維膜。載體膜是通過載體分子對(duì)某一組分高度專一的親和性來實(shí)現(xiàn)不同組分間的分離的，通過膜的組分可以是氣體、液體、離子或非離子。多孔膜在處理溶液時(shí)根據(jù)顆粒大小進(jìn)行分離，主要用于超濾和微濾。按化學(xué)組成分類可分為有機(jī)材料類和無機(jī)材料類。３１ / 68膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)決定了分離機(jī)理，從而也決定了其應(yīng)用。 2. 膜的定義和分類膜是分離兩相和作為選擇性傳遞物質(zhì)的屏障。實(shí)踐表明，常規(guī)處理與膜法結(jié)合可給出各種標(biāo)準(zhǔn)、供不同用途的再生水，最后反滲透的產(chǎn)水完全符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。2）工業(yè)用水日產(chǎn)高達(dá)數(shù)千噸以致數(shù)萬噸的反滲透水處理裝置廣泛地應(yīng)用于電子、電力、醫(yī)藥、化工、飲料、冶金等領(lǐng)域，反滲透是超純水和純水制備的優(yōu)選方法；膜軟化是基于鈉濾膜對(duì)二價(jià)離子，特別是二價(jià)陰離子的高脫除性而開發(fā)新型的膜分離過程，膜軟化工藝在美國應(yīng)用已很普遍，特別是新建的軟化廠多采用此新工藝。增長的領(lǐng)域包括：1. 飲用水處理2. 工業(yè)廢水的脫色3. 垃圾填埋場滲濾液處理4. 膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用３０ / 68第二節(jié) 膜分離過程膜分離技術(shù)受到廣泛的注意，發(fā)展迅速，是因?yàn)槟し蛛x對(duì)混合物中各組分的選擇性很高，在分離過程中混合物主體沒有相變，所用的設(shè)備裝填密度大、效率高。影響膜的使用壽命的因素很多，通常有加料貯槽和泵的匹配性能，預(yù)處理效果，滲透液的貯存裝置以及膜的清洗系統(tǒng)和效果等。膜技術(shù)應(yīng)用于水處理具也存在以下缺點(diǎn)：、水的 pH 值以及水的溫度等許多因素有關(guān)；，使得在一些特殊應(yīng)用中膜的壽命較短，一般投資費(fèi)用較高。 膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用，即可用于給水處理也可用于廢水處理。在廢水或污水排放之前，膜分離過程可以用于廢水或污水處理；在廢水進(jìn)入污水系統(tǒng)之前，膜分離過程可以用于回收工業(yè)上有用的物質(zhì)；當(dāng)然膜分離過程也可以用于生產(chǎn)飲用水。通常，膜是按照物質(zhì)的分離范圍和應(yīng)用的推動(dòng)力來分類。這種中和方法效果良好；其缺點(diǎn)是會(huì)使處理后的廢水中懸浮物含量增加，硫化物和色度也都有所增加，需要進(jìn)行進(jìn)一步處理。煙道氣中含有 CO2 和 SO2，溶于水中形成 H2CO3 和 H2SO3，能夠用來使堿性廢水得到中和。一般應(yīng)該設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)的中和池，并保證一定的容積，通?？砂?3～5min 的停留時(shí)間考慮。當(dāng)水量及pH 值經(jīng)常有變化時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮設(shè)計(jì)自動(dòng)加藥系統(tǒng)，例如采用 HBPH3 型工業(yè)酸度計(jì)與 CHEMTECH 型系列計(jì)量泵組合成的自動(dòng) pH 控制系統(tǒng)，已比較廣泛地用于廢水處理工程。在投加酸之前，一般先將酸稀釋成 10%左右的濃度，然后按設(shè)計(jì)要求的投量經(jīng)計(jì)量泵計(jì)量后加到中和池。在采用投酸中和法時(shí)，由于價(jià)格上的原因，通常多使用 93%～96% 的工業(yè)濃硫酸。過濾中和法的優(yōu)點(diǎn)是操作管理簡單，出水 pH 值較穩(wěn)定，不影響環(huán)境衛(wèi)生，沉渣少，一般少于廢水體積的 %；缺點(diǎn)是進(jìn)水酸的濃度受到限制。含 HF 的廢水中和過濾時(shí)，因 CaF2 溶解度很小，要求 HF 濃度小于 300mg/L。同時(shí)，按照每消耗一定量的濾料，進(jìn)行一次清渣。當(dāng)濾料使用到一定期限，濾料中的無效成分積累過多時(shí)，可逐漸降低濾速，以最大限度地消耗掉濾料。用石灰石做濾料時(shí)，進(jìn)水含硫酸濃度應(yīng)小于 2022mg/L；用白云石做濾料時(shí)，應(yīng)小于 4000mg/L。例如石灰石與酸的反應(yīng)：2HC1+CaCO3→CaC1 2+H2O+CO2↑H2SO4+CaCO3→CaSO 4+H2O+CO2↑2HNO3+CaCO3→Ca(NO 3)2+H2O+CO2↑白云石與硫酸的反應(yīng)：2H2SO4+CaCO3（三）過濾中和法這種方法適用于含硫酸濃度不大于 2～3g/L 和生成易溶鹽的各種酸性廢水的中和處理。氫氧化鈣對(duì)廢水雜質(zhì)具有混聚作用，因此它適用于含雜質(zhì)多的酸性廢水。２７ / 68用石灰作中和劑能夠處理任何濃度的酸性廢水。其中碳酸鈉因價(jià)格較貴，一般較少采用。當(dāng)酸、堿廢水的流量和濃度經(jīng)常變化，而且波動(dòng)很大時(shí)，應(yīng)該設(shè)調(diào)節(jié)池加以調(diào)節(jié)，中和反應(yīng)則在中和池進(jìn)行，其容積應(yīng)按 的廢水量考慮。中和結(jié)果，應(yīng)該使廢水呈中性或弱堿性。表 36 堿性中和劑的單位消耗量中和 1g 酸所需堿性物質(zhì)的量/g酸類名稱CaO Ca(OH)2 CaCO3 MgCO3 CaCO3MgCO3硫酸（H 2SO4） 鹽酸（HC1） ２６ / 68硝酸（HNO 3） 醋酸（HCH 3COOH） 表 37 酸性中和劑的單位消耗量中和 1g 堿所需酸性物質(zhì)的量/gH2SO4 HC1 HNO3堿類名稱100% 98% 100% 36% 100% 65%NaOH KOH Ca(OH)2 NH3 二、類型酸性廢水的中和法可分為三類：酸性廢水與堿性廢水混合、投藥中和及過濾中和。選用哪種中和劑要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較和優(yōu)缺點(diǎn)的比較。酸性廢水中和處理經(jīng)常采用的中和劑有石灰、石灰石、白云石、氫氧化鈉、碳酸鈉等。對(duì)于中和處理，首先應(yīng)當(dāng)考慮以廢治廢的原則，例如將酸性廢水與堿性廢水互相中和，或者利用廢堿渣（電石渣、碳酸鈣堿渣等）中和酸性廢水。在工業(yè)廢水處理中，中和處理常常用于以下幾種情況：（1）在廢水排入水體之前，因?yàn)樗飳?duì) pH 值的變化極其敏感，當(dāng)大量廢水排入后使水體的 pH 值變得偏酸或偏堿時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不良影響；（2）在廢水排入城市排水管道之前，由于酸、堿對(duì)排水管道產(chǎn)生腐蝕作用，一般城市排水管道對(duì)排入工業(yè)廢水的 pH 值都有明確的規(guī)定；（3）在廢水需要進(jìn)行化學(xué)或生物處理之前，對(duì)于化學(xué)處理（例如凝聚、除磷等），要求廢水的 pH 值升高或降低到某一需要的最佳值。一、原理用化學(xué)法去除廢水中過量的酸或堿，使其 pH 值達(dá)到中性左右的過程稱為中和。例如用以制造硫酸亞鐵、硫酸鐵、石膏、化肥，也可以考慮供其他工廠使用等。因此，對(duì)酸、堿廢水首先應(yīng)考２５ / 68慮回收和綜合利用。廢水中除含酸、堿外，還可能含有酸式鹽、堿式鹽，以及其他的無機(jī)物、有機(jī)物等物質(zhì)。造紙廠、印染廠、金屬加工廠等排出堿性廢水，大多數(shù)情況下為無機(jī)堿，也有些廢水含有機(jī)堿。有的廢水含有無機(jī)酸如硫酸、鹽酸等；有的則含有蟻酸、醋酸等有機(jī)酸；有的則兼而有之。在有條件的情況下，一般還應(yīng)對(duì)初步確定的結(jié)果進(jìn)行擴(kuò)大的動(dòng)態(tài)連續(xù)試驗(yàn)，以求取得可靠的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。當(dāng)處理出水有回用要求時(shí)，要適當(dāng)考慮出水中混凝殘余量所造成的輕微色度等影響（例如采用鐵鹽作混凝劑時(shí)）。（3）混凝劑的來源應(yīng)當(dāng)可靠