膜生物反应器的膜材料种类与其优缺点

膜生物反应器的膜材料种类与其优缺点高思睿19113219（东南大学化学化工学院南京211189）摘要：本文介绍了膜生物反应器及其膜材料的种类，并对其优缺点进行了阐述。关键词：膜生物反应器；膜材料；优缺点TheMeritsandDemeritsofMembraneMaterialofMembraneBiologicalReactorGaoSirui19113219(Schoolofchemistryengineering,SoutheastUniversity,Nanjing211189)Abstract:Thispaperintroducedthemembranebiologicalreactor,thematerialofmembrane,andthemeritsanddemeritsofthesematerials.Keywords:Membranebiologicalreactor;Membranematerial;Meritsanddemerits1、膜生物反应器简介在污水处理，水资源再利用领域，MBR又称膜生物反应器（MembraneBio-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-生物反应器（MembraneBio-Reactor,MBR）为膜分离技术与生物处理技术有机结合之新型态废水处理系统。以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。主要利用膜分离设备截留水中的活性污泥与大分子有机物。膜生物反应器系统内活性污泥（MLSS）浓度可提升至8000~10,000mg/L，甚至更高；污泥龄(SRT)可延长至30天以上。膜生物反应器因其有效的截留作用，可保留世代周期较长的微生物，可实现对污水深度净化，同时硝化菌在系统内能充分繁殖，其硝化效果明显，对深度除磷脱氮提供可能。2、膜生物反应器用途2.1、污水处理中国是一个缺水国家,污水处理及回用是开发利用水资源的有效措施。污水回用是将城市污水、工业污水通过膜生物反应器等设备处理之后,将其用于绿化、冲洗、补充观赏水体等非饮用目的,而将清洁水用于饮用等高水质要求的用途。城市污水、工业污水就近可得,可免去长距离输水，而实现就近处理实现水资源的充分利用，同时污水经过就近处理，也可防止污水在长距离输送过程中造成污水渗漏，导致污染地下水源。污水回用已经在世界上许多缺水的地区广泛采用,被认为21世纪污水处理最实用技术。2.2、进出水水质比较一般城市污水设计进水水质:BOD5300mg/l；CODcr50Omg/l；SS300mg/l；T-N45mg/l出水水质:BOD510mg/l；NH4+-N10.0mg/l；CODcr〈30mg/l；浊度5NTU；总大肠细菌总数3个/L；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。3、膜材料3.1、膜材料的种类膜生物反应器的材料分为有机膜和无机膜两种。膜生物反应器曾遍采用有机膜，常用的膜材料为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚砜(PS)等。目前在MBR上多采用的膜材料以PP和PS为主。3.2、研究现状在MBR废水处理技术中，由于生物降解（活性污泥）技术已基本成熟，因此研究与开发具有通量大、强度高、耐酸碱与微生物腐蚀、耐污染、低成本的微滤或超滤膜材料与组件已成为MBR规模化应用的关键。目前，美国、加拿大、法国、日本等国家已成功地把PE、PES、PVDF等材料制备的微滤/超滤膜应用到MBR中。我国一些从事环保专业的人员在研究MBR时多采用价格较高的进口膜材料及组件，限制了MBR的推广应用。目前浙江大学研制成功的PP中空纤维微滤膜组件、天津工业大学研究的PVDF及中科院生态环境研究所研制的PS等中空纤维超滤膜组件，都进行了MBR的一些初步应用。由于PE、PP等聚烯烃材料属于通用型大品种塑料，用其制得的中空纤维膜具有强度高、通量大、耐酸碱、耐污染、耐生物腐蚀、成本低等特点，是较适合MBR应用的膜材料。此外，超薄有机/多孔无机复合膜、有机/无纺布复合平板膜的研制与应用也是当前MBR的研究热点之一。3.3、膜材料优缺点比较1、膜材料(1)聚丙烯(PP)中空纤维膜聚丙烯中空纤维膜是国际上新一代膜分离材料，具有强度高、耐强酸强碱、耐细菌腐蚀、耐温性能好、表面非极性、抗污染能力强、微孔均匀、单位表面积通量大等优点。主要膜性能参数：膜外径：420~480μm膜壁厚：40~50μm微孔孔径：0.1~0.2μm透气率：8.0×10-2(cm3/cm2·S·cmHg)孔隙率：40~50%水通量：100~120L/h/m2(0.15Mpa,25℃)使用PH值范围：1-14(2)改性聚砜(PS)中空膜改性聚砜中空膜是老一代聚砜膜材料经过改良的新型膜分离材料，通量、强度、抗污染能力等性能比老一代聚砜膜材料大大增强(几乎是原来的一倍)。由于改性聚砜的截留分子量(3千、5千、6千、1万、2万、3万等)较广，特别适用于浓缩分离物料行业。主要膜性能参数：膜外径：400μm膜壁厚：20μm截留分子量：3千、5千、6千、1万、2万、3万等水通量：80~100L/h/m2(0.15Mpa,25℃)使用PH值范围：1-142、性能优劣(1)出水量衡量一种膜的出水能力,要从单位膜面积的产水量和单位体积膜柱的产水量两个方面来进行比较。前者主要决定于膜的空隙率和膜孔径大小,后者主要决定于单位体积膜柱中所具有的膜面积,而膜材料、膜污染对二者又有明显的影响。就膜的单位面积产水量来说,聚砜膜优于聚丙烯膜。然而,就单根膜柱的产水量来说,聚丙烯膜又优于聚砜膜。其原因是聚丙烯膜的纤维直径比聚砜膜小,单位容积膜柱中所封装的纤维总根数要比聚砜膜多十几倍,因此总出水量也就大。(2)抗污染性(等温吸附曲线)产生膜污染的一个重要原因是膜表面对水中的固体微粒、胶体及蛋白质等有机物有强烈的吸附作用。这种吸附作用常用Freundlich等温吸附方程X/A=KC1/n来表征。式中,X为吸附量,A为膜面积,C为吸附质在水中的浓度。比较膜材料为聚丙烯类和聚砜类两种膜组件,发现出水量、抗污染性,聚丙烯类优于聚砜。4、结论(1)膜生物反应器的膜材料种类繁多，其中以聚丙烯(PP)中空纤维膜和改性聚砜(PS)中空膜为主。(2)比较膜材料为聚丙烯类和聚砜类两种膜材料，在出水量、抗污染性的性能指标上，聚丙烯类优于聚砜。参考文献[1]黄霞,桂萍,等.膜生物反应器废水处理研究进展[J].环境科学研究,1998,11(1):40～44.[2]樊耀波,王菊思.水与废水处理中膜生物反应器技术[J].环境化学,1995,16(5):79.[3]刘福谅,韩式荆.超滤技术在环境工程中的应用现状[J].环境化学,1993,12(16):496.[4]KnoblockMD,SuttonPM,MishraPN,GuttaK,JansonA.Membranebiologicalreactorsystemoftreatmentofoilywastewater[J].Waterenvironmentalresearch,1993,66:133.[5]蒲野纹平,等.水处理技术[J],1990,31:183.[6]国家环境保护局.环境监测分析方法[M].北京:环境科学出版社,1983