压力式膜与浸没式膜的比较

浅析浸没式超滤膜处理技术摘要：超滤膜凭借着优秀的过滤能力成为了现代过滤水体的重要工具，目前最为流行的就是浸没式超滤组膜。

本文介绍的浸没式膜处理设备通过设置一系列曝气工具保证水体呈现扰动状态，使超滤膜管与水接触的面积变大，从而提高净水效率。

关键词：超滤膜、蜂巢式六边形、曝气柱、反洗风机1、技术背景超滤膜是一种用于超滤过程中将一定大小的高分子胶体或悬浮颗粒从溶液中分离出来的高分子半透膜，超滤膜表面有非常多微小的孔洞，往往只能允许水分子通过，其它大于水分子的微粒都会被拒之门外，市面上主要的有压力式和浸没式两种超滤组膜，目前最为流行的就是浸没式超滤组膜。

浸入式超滤组膜往往是依靠水压和水补充原理进行净水，原水水体基本上是处于静止状态，时间一久被隔离的各类微小物质就会吸附在过滤组膜的表面，不仅容易堵塞超滤组膜的过滤孔，同时会大幅缩短超滤组膜的使用寿命，因为超滤组膜比较柔软不能依靠抽水机强大的动力进行直接抽取，净水效率比较低。

2、浸没式超滤膜处理技术的介绍浸没式超滤膜处理技术使用的设备包括曝气室，曝气室内部的上端开设有送气室，送气室的上部固定连接超滤组膜，超滤组膜下部的最外端固定安装不锈钢固定环，且超滤组膜的中部固定安装曝气柱，超滤组膜的顶部固定安装储水。

储水室的上部固定连接抽水管，曝气室的左侧固定连接送气管，送气管的右侧固定连接二分头，二分头的右侧固定连接反洗风机管。

曝气柱上有气管，气管的上部固定安装气柱，气柱的表面开设若干孔洞。

曝气柱采用的是下细上粗，原本气流在狭窄的气管中移动非常快速，突然到达宽阔的气柱中移速大幅降低，最终所传输的气流也不会非常的剧烈，避免对超滤组膜造成剧烈的晃动。

曝气柱主要的作用就是通过自身的气孔向外传送出气体，产生气泡使水体出现扰动，防止细微垃圾吸附在超滤组膜上，由于整个超滤组膜结构柔软，曝气柱所产生的气动能够使超滤组膜分散开来，扩大了其净水面积。

超滤组膜采用的是蜂巢式六边形结构，且超滤膜与送气室上部贯穿相连，蜂巢式结构精密细致，能够保证在同等的面积中产生最多的净水空间，另外该结构非常的紧密结实，能够保证超滤组膜长时间使用。

压力驱动式超滤的优点本文介绍了NORIT公司压力驱动方式XFLOW XIGA超滤膜的技术特点。

1．高通量X-FLOW超滤一般情况下在比绝大多数浸没式超滤高50-100%的大通量下运行。

这是非常重要的一个参数，因为大通量将带来在出水量相同的情况下，更小的膜面积需要量，更小的占地面积，和更低的膜更换费用。

由于决大多数UF/MF的单位面积的价格基本相近，因此可以预期压力驱动式膜组件的大通量（小膜面积用量）将比浸没式组件具有低得多的更换费用。

2．更长的膜寿命膜系统运行费用的一个主要方面是膜更换费用。

在激烈竞争的压力下，很多膜供应商会给出超出实际的膜寿命保证。

在这种情况下，往往会带来反面的教训，并且很难使各个方面满意。

最好的解决方法是选择最好的膜产品和最有经验的供应商，并根据其提供的真实的参数进行判断。

影响膜寿命的是一系列综合因素，主要包括：A 膜材料很多种高分子聚合物都可以作为制造超滤膜的材料。

X-FLOW超滤膜采用PES和PVP 共混材料，并长期应用于水处理方面。

此种材料的永久亲水性，使得膜的抗污染能力强，因此可以广泛应用于多种水处理应用。

另外，PES-PVP材料耐酸碱性能好PH（1-13），因此可以用多种化学药剂进行清洗。

对多种氧化剂和还原剂的高耐受性，如耐氯，耐臭氧，更加保证了清洗的灵活性。

B 膜生产工艺和质量控制虽然大部分中空纤维膜组件从外观看起来很相近，但在显微镜下就可以发现许多不同之处。

膜结构，，壁厚，和聚合物交联的微小差别，将会大大影响膜的性能和寿命。

诺瑞特膜生产的优势在于我们可以连续生产膜纤维和组件。

连续生产可以克服间歇生产导致的批次差异。

连续的时时的膜纤维结构的调整（直径，壁厚，和纤维）保证了产品和性能不断优化。

这些优势有时只有那些具有该种膜生产经验8年以上的厂商才有可能拥有。

C 操作方式根据膜的材料和生产过程的质量每种膜都有某些。

运行方式和作用在膜上面的一定程度的压力，都会或早或迟地。

膜生物反应器的分类、组成目前已开发的膜生物反应器可分为三种：膜分离反应器、膜曝气反应器和萃取膜生物反应器。

膜分离反应器被用于固体的分离与截留，可取代沉淀池。

膜曝气反应器可实现膜生物反应器中的无泡供氧，提高氧传质效率。

萃取膜生物反应器可利用膜的选择透过性对特定的污染物进行分离。

目前只有膜分离反应器得到了大规模的应用。

膜分离反应器的分类方法有很多种，按膜组件放置方式则可分为分体式和浸没式膜-生物反应器；按生物反应器是否需氧，可分为好氧和厌氧膜生物反应器；按照膜材料可分为有机材料和无机材料膜生物反应器；按照膜组件的形式可分为中空纤维、板式以及管式膜生物反应器。

膜分离反应器的分类方法有很多种，按膜组件放置方式则可分为分体式和浸没式膜-生物反应器；按生物反应器是否需氧，可分为好氧和厌氧膜生物反应器；按照膜材料可分为有机材料和无机材料膜生物反应器；按照膜组件的形式可分为中空纤维、板式以及管式膜生物反应器。

分离式膜-生物反应器的特点是生物反应器和膜组件分开放置，反应器内混合液经输送泵进入膜组件，在压力作用下混合液滤出液透过膜组件，浓缩液则通过循环泵返回反应器。

Ymamoto等在20世纪80年代在膜分离技术的基础上开发了浸没式膜-生物反应器，可取代混凝、沉淀、过滤、吸附、消毒等工艺，并能获得高质量的出水水质，特点是将膜组件置于反应器内，在出水泵的抽吸作用（或重力作用）下滤出液透过膜组件。

浸没式和分离式MBR由于膜组件放置位置的不同，因而在能耗、膜污染、清洗方式等诸多方面存在差异。

由于需要对浓缩液回流，因此维持分离式较浸没式MBR的运行需要更高的能耗；浸没式MBR膜组件置于高浓度的泥水混合液中，所以较分离式的膜污染发展更快；浸没式MBR一般在膜组件下方设置曝气管路，通过鼓气使气泡对膜纤维表面进行吹脱并使膜纤维产生抖动，以达到对膜组件的清洗目的，而分离式MBR一般通过定期对膜组件进行水（气）的反向冲洗来实现；虽然分离式运行需要较高的能耗，但由于其置于反应器之外，更适合于高温、高酸碱等恶劣的处理环境，同时具备较高的膜通量。

内压式超滤膜与外压式超滤膜的比较1.简介膜过滤有两种可行的操作模式：内压式过滤和外压式过滤，都可用于死端过滤和错流过滤。

膜可以在压力系统内或部分真空系统内工作，可置于外壳中（封闭式）或反应槽中（浸没式）。

·以上总结仅限于中空纤维超滤/微滤系统，其它系统（螺旋卷式或板框式）不适用。

·以上总结仅为可能之结合方式的简要概括·有两种结合方式目前尚未上市（无供应商）·从理论上讲，所有系统均可在正压力或部分真空下运行。

净驱动压力通常是透膜压力（TMP），即料液侧与渗透液侧的压力差。

只要避免气蚀，绝对系统压力与系统操作无关。

2.理论优势2.1预过滤膜过滤系统通常的工艺手段是将那些可能堵塞处理系统的固体颗粒滤掉，这一作法也基本适用于所有处理系统。

预过滤器的筛孔尺寸决定着处理系统的水力直径。

按经验估计，预过滤器的筛孔尺寸应小于最小水力直径的20-25%。

内压式过滤系统的最小水力直径被定义为膜纤维的内部直径。

该直径是恒定不变的，例如：多种内压式超滤膜系统为0.7-0.9毫米。

这就要求预过滤器的筛孔尺寸为100-300微米。

外压式过滤系统的水力直径未被定义，该值（近似）从零（两根纤维接触）到几厘米（纤维束间的距离）不固定。

大多数外压式过滤系统的供应商都推荐以最大水力直径（通常为500至1000微米），而不是最小水力直径作为预过滤筛孔尺寸的基础。

水力直径太小会发生局部堵塞，特别是那些接近膜封装的部位，颗粒状物质将堵塞膜孔，会导致膜的有效面积减少。

2.2传质中空纤维过滤处理系统与管壳（列管）式换热器在原理上非常相似。

两者都可以用一组方程式，来描述传质（过滤处理系统）或者热传递（换热器）。

这组方程式描述传送率通常可以认为：·传送率随流动速率的增加而增加。

·传送率随水力直径的增加而增加。

·膜系统中，最大的流速发生在纤维内部。

纤维外壳侧的流速较低，甚至局部会发生（接近）零流动。

浸没式超滤膜工艺
浸没式超滤膜工艺是一种常用于水处理、废水处理和其他液态分离过程中的技术。

它通过在膜表面形成物理屏障，可以有效地去除微小的悬浮物、细菌、病毒和有机物质，从而得到清澈透明的水。

在浸没式超滤膜工艺中，膜被完全浸泡在待处理的水中，水通过膜孔进入膜内，而杂质被截留在膜表面。

与传统的过滤方法相比，浸没式超滤膜工艺具有更高的处理效率和更好的过滤效果。

其工艺流程简单，操作方便，适用于各种规模的水处理系统。

浸没式超滤膜工艺的关键是超滤膜的选择和设计。

超滤膜通常由聚合物材料制成，具有微孔大小的孔隙结构，可以选择不同孔径的膜来适应不同的处理需求。

此外，膜的表面处理也影响着过滤效果，常见的表面处理包括亲水性处理和抗污染处理。

在实际应用中，浸没式超滤膜工艺可以应用于饮用水处理、工业废水处理、海水淡化等领域。

在饮用水处理中，浸没式超滤膜可以有效去除水中的有害物质，确保水质符合卫生标准。

在工业废水处理中，浸没式超滤膜可以实现水的回收再利用，减少污染物的排放。

在海水淡化领域，浸没式超滤膜可以实现高效的淡化过程，提供可靠的淡水资源。

总的来说，浸没式超滤膜工艺作为一种高效、可靠的水处理技术，已经被广泛应用于各个领域。

随着技术的不断进步和创新，相信浸
没式超滤膜工艺将在未来发挥更加重要的作用，为人类提供清洁的水资源，促进可持续发展。

外置式MBR与浸没式MBR的运行比较宋艳【摘要】本研究通过介绍膜生物反应器的特点,并对外置式和浸没式MBR的工艺及运行进行了具体分析比较,指出了降低能耗的方向.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2011(027)017【总页数】2页(P85-86)【关键词】膜生物反应器;好氧曝气;错流运行;膜通量;动力能耗【作者】宋艳【作者单位】上海东振环保工程技术有限公司,上海201203【正文语种】中文【中图分类】K703水资源短缺和水环境污染造成的水危机一直是制约我国经济和社会发展的重要因素。

水环境质量的恶化与经济的高速发展，迫切需要适合时代发展的污水资源化技术，以缓解水资源短缺问题。

因此，各种新型、改良型的高效废水处理工艺及技术应运而生，膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)便为其中之一。

膜生物反应器是指将膜分离技术中的超滤或微滤组件与污水处理中的生物反应器相结合而成的一种新型废水处理系统。

它利用膜处理单元代替了传统生物处理工艺中的二沉池。

由于膜生物反应器将HTR与泥龄分开，故可在低HTR和长泥龄运行，解决了活性污泥法中污泥流失问题和细菌膨胀、污泥产气问题，增加含氮化合物与难降解有机物质的去除率;高污泥浓度和完全的固体截留使其可在低有机负荷运作，且污泥产量降至活性污泥法的一半。

该工艺与传统废水生物处理工艺相比，具以下优势:出水水质好，有机物、悬浮物、细菌等有毒物质均被滤除，出水可直接回用，可满足日益苛严的废水处理排放标准和对废水循环利用需求的剧增;活性污泥浓度高，耐负荷冲击能力强，适用于难降解有机废水;设备占地小、剩余污泥产量低和便于自动控制。

尽管膜组件价格偏高，会产生膜污染是膜生物反应器的主要缺点，却并不妨碍其成为当前最有前途的废水处理新技术之一。

该技术在中国研究发展也有十来年了，现已经在含油及难生物降解有机废水处理领域得到越来越多的工程应用，并取得不错效果。

膜生物反应器按其膜组件与生物反应池的相对位置不同可分为浸没式和外置式两种。

超滤膜化学清洗系统精细化设计总结近年来国内建成了较多大型市政给水厂超滤膜系统，超滤膜技术在市政供水行业中得到了越来越多的应用，为城镇居民提供安全优质的饮用水。

对于市政超滤膜系统，大家的关注点多在膜前预处理、以超滤膜为核心的组合工艺、超滤膜系统产水及反冲洗配置等生产主系统上，而超滤膜辅助化学清洗系统作为影响超滤膜能否可靠稳定运行的重要板块，也应该给予更多的关注。

在给水厂日常的生产运行中，超滤膜维护性清洗（CEB）和恢复性清洗（CIP）耗费了较多的生产管理时间，也是操作危险性最高的环节之一。

因此，完善可靠的辅助化学清洗系统设计是市政给水厂大型超滤膜系统设计中关键要点之一。

CEB也叫化学加强反洗，在反洗水中加入一定浓度的次氯酸钠溶液或者碱溶液，主要是为了控制微生物等对膜的污染。

CIP是采用一定浓度的酸、碱溶液进行化学清洗，彻底恢复超滤膜的性能。

大型水厂中，为减少工人操作强度，CEB 和CIP都设计为自动运行。

本文对压力式超滤膜和浸没式超滤膜辅助化学清洗系统的化学药剂种类、药剂储存使用、清洗方式、清洗剂的回用或循环利用、药剂车间布置、废液中和处置等设计细节进行总结，以期为今后给水厂超滤膜辅助化学清洗的工程设计和运营提供参考。

1、化学清洗药剂随着超滤膜面污染的累积，膜通量会持续下降。

日常反冲洗是去除污染物的一种途径，但是当污染物不再能够被反冲洗去除时，就需要进行化学清洗，在化学清洗后，膜通量/压力能够部分或者全部恢复。

不同超滤膜制造商对于自身膜的化学清洗要求不同，本文梳理市场上使用较多的3家国产超滤膜（均为PVDF材质）的化学清洗要求，同时调研长期运行2年以上的3座超滤膜给水厂实际化学清洗运行情况，如表1所示。

表中制造商要求是制造商根据自身膜的性能给的参考数值要求，实际运行数据是各水厂根据实际运行膜污染状况采取的经验做法。

由于不同超滤膜制造商的原材料配方、制膜工艺和装填密度存在差异，因此其对化学清洗药剂的要求差异较大。

各种膜技术的比较与分析Comparison and Analysisof Different Membrane Technology高大林颇尔过滤器（北京）有限公司Pall Corporation电话：010-6780 2288 –296传真：010-6780 23291.颇尔公司及其水处理业务简介Brief introduction of Pall and her water business2.如何评价各种低压(MF/UF)膜技术？How to evaluate different MF/UF membrane systems?3.美国环保局关于膜系统完整性检测的规定The regulation of membrane integrity test(IT) of USEPA4.颇尔微滤(MF)系统与超滤(UF)膜系统的比较Comparison between Pall MF and UF5.压力式膜系统与浸没式膜系统的比较Comparison between Pressurized System and Immersed system?6.各种MBR技术及其分析Comparison and analysis of different MBRsPALL –Global Leader, Innovator ofFiltration, Separation and Solution 美国颇尔集团公司(Pall Corporation)颇尔过滤器（北京）有限公司Pall Filter(Beijing) Co. Ltd.PALL -全球过滤分离技术的领导者、创新者Healthcare医疗健康Fluid Processing流体处理Water Processing水处理1969年7月20日阿姆斯特朗登月球电厂凝结水处理系统MF forCondensatePower Plant垃圾渗滤液反渗透处理系统DT-RO forLandfill leachate能使用30年的微孔石英曝气头Diffuser with life time over 30 yearsPall 其它水和废水处理系统含油废水陶瓷膜处理系统ceramic MF/UFfor oil/waterseperationPall Strength: Technology •研究与发展R&D•应用与支持专家•与全球领先的技术机构与创新者形成水处理同盟innovators around the world ：GE, Aqua Aerobics Inc.Pall Membrane systems for water/wastewaterCIP Membrane systems膜种类Septra Microza Rochem (Pleated)(Hollow fiber)(DT-RO)MFUFNFR OExekia/Schumasiv(Ceramic)Applications of Pall membranes on water and wastewater市政供水中水回用微滤/DT反渗透MF/DT-ROTypic reference of Pall hollow fiber MF 大型直饮水项目Drinking waterTemple city, USA中水回用/ReuseMF + ROLuggage Point, Australia(二沉池出水，16,000吨/日)How to evaluate different MF/UF membrane systems?PVDF中空纤维hollow fiber国外通用评价方法:即：保证同等功能基础上的微/超滤膜系统20年生命周期总成本资产净现值= 一次性投资+ 20年运行成本如何计算资产净现值？一次性投资= 设备+土建+安装（1）每年运行成本O&M=能耗+化学药剂消耗+生产废水处理费用（2）膜的更换成本:=膜的更换价格*膜数量*(20年/膜的担保年限-1)（3）资产净现值NPV/TPW=(1)+(2)*20+(3) 注：没有考虑银行利率低压膜系统完整性检测Membrane Integrity Testing是什么和为什么？Integrity Test(IT): What and Why?Criteria of USEPA on the the Membrane IT •决议Resolution –可检测到的最小破损<3 µm 3µm(检测压力必须不小于0.12Mpa)解决与泡点法Resolution: Bubble point液相/Liquid气相/Gas液相/Liquid气相/GasBubble Point vs. Pore Size压力保持: 孔径vs. 泡点压力∆P0.11.010.0100.0010203040Pressure Differential, psid @ 4 oCP o r e S i z e , m i c r o m e t e r s .3 µmAdvantages of Pall MF on the IT1/635,000Able to quickly identify, isolate, and repair damaged module微滤与超滤比较厚的多孔支撑层提供机械强度Macroporous regions allow low pressure differentials and enhanced flow ratePall MFPall 双皮层超滤two skin UF完全均一海绵状的孔结构uniform sponge like pore structure MF vs. UFPVDF5000ppm Chlorine 60—200 LMH-高机械强度10yrs life 全部按照ANSI /NSF61规格制造，使用材料全部符合NSF 的要求. The system materials satisfy therequirement of NSF微滤膜特点Hollow Fiber MF FeaturesThe Pall Difference……外压式与内压式比较outside vs.inside微滤与超滤比较MF vs.UFPall 中空纤维滤膜过滤生物体效果Evaluation of the microbe removalMS2 Removal of MF at San Patricia, TX0.1%1.0%10.0%100.0%2.003.004.005.006.00LRV for MS2D i s t r i b u t i o n .10th percentile90% of samples had MS2 removal > 3.3 log (99.9%)预处理膜孔径反渗透进水压力的关系(二沉池出水)1001201401601802002200.010.101.00预处理膜孔径大小Pretreatment Pore size （µm ）R O 进水压力 F e e d p r e s s u r e （p s i ）48h 1500h 4600h公称精度Nominal Rating 0.2MicronWhy Pall MF over UF ？化学兼容性2040608010012005131928Days膜强度（％）ＰＶＤＦＰＰ浸泡在 ＮａＣｌＯ溶液中：５０００ｐｐｍ（３７℃）PVDF ——国际上公认的最好微超滤膜材质Fig. Ozone resistance of PVDF hollow fiber0204060801000500100015002000Ozone dose (mg/l.day)T e n s i l e e l o n g a t i o n r e t e n t i o n (％)◆ High crystalline PVDF ■ Low cryatalline PVDF水晶度决定臭氧抵抗力Ozone resistance depends on the Crystalline degreeSEM images of Pall MF PVDF H.F.(高水晶度)超滤膜为无定性材料的聚合体（像玻璃）UF membranes are amorphous (glassy) polymers高水晶度PVDF 膜纤维低水晶度PVDF 膜纤维Why Pall MF over UF？更耐用More Durable:成本更低More Cost Effective:更低的运行管理费用Lower O&M:Why Pall MF over UF？—Summary --------------------------------------------------------------膜通量Flux高比前者低30—50%lower than Pall每年纤维断丝率<百万分之一0.1-0.03%Fiber breakage 15/50,000,000(up to now 经验值)膜柱使用寿命Module life>10年Years~6年内压式—适合干净水源影响膜通量的因素Factors of Flux3.膜材质的亲水性、孔径大小及分布、孔隙度；Porosity,pore size and distribution, material hydrophilicity4.膜的清洗条件Cleaning conditions孔隙度和均匀度Porosity and pore distributionPall 0.1Micron MF membrane outer surfaceand Cross sectionAnother MF membrane outer surface and crosssectionAnother UF membraneouter surfacePall EFM: Fouling solution膜结垢种类及清洗方式：Membrane fouling types and solutionsWhy EFM? Cost Saving—higher flux 每天15万吨的微滤膜工厂的资产净现值比较每天6600吨废水回用系统in Chandler, AZ，Started from 199712 advantages of Pall MF over Vacuum systemNPV needed 膜多, 设备多土建高/high膜少,土建低/low 投资Investment 前者更安全开放系统封闭系统安全性Security accurate?高high 低low能耗Energy前者膜面积少,占地小<35 LMH70-100 LMH 二沉池出水膜通量Flux of Sec. Effl.NPV needed高high低low运行费用O&MUSEPA 新标准，完整性体现去除率及安全性难、耗时多，2小时以上容易,5-10分钟,维修30分钟,easier, more accurate,quicker,完整性检测Integrality Test清洗废液与膜面积成正比,前者更“绿色”,回收率更高废液多，耗时长,需人工废液少,水回收率高反洗与化学清洗Cleaning水质变差,后者清洗更频繁,运行受局限<0.6bar 2.5bar 最大available TMP Remarks本质区别:压力泵与真空泵浸没式(vacuum)压力式pressurized Item Comparison between Pressurized system and Vacuum System竞争性投标Competitive Bid 占地Footprint(m2)300370362电耗Energy（$/Yr）16,826 20,25421,5041.MBR? Membrane Bioreactor实质：生物处理技术+膜技术以实现污水处理及高品质水回用: relative small footprint and tankage cost (曝气池缩小small aeration tank，无二沉池no sedimentation tank)缺点Big problems ：总投资（膜系统投资）和运行成本(能耗+膜更换)大大增加High membrane cost and Power costPall MB—new prospect of MBR (用于大型市政废水项目For big municipal WWTP)MBRs ：膜生物反应器水源：漂白及染色废水特点：low BOD/COD 规模：840m3/d浸没式MBR的固有局限:Inherent of Immersed MBR 高品质卫生纸Concept of Pall MB Process曝气生物滤池可选or Biofiltration tank灌溉/ 绿化Pall MB: New concept of MBRPall MB vs. Immersed MBRLow sensitivity & reliability Very difficult to track down to the damaged moduleHave to take the damage module out for repairHigh sensitivity High reliability High traceabilityEasy and quick repair w/o taking out the filter moduleIntegrity TestConstant aeration needed Pumping for sludge return is requiredBlower turndown availableNo pumping for returned sludge Energy UsageRaw MLSS, 8000 mg/L –12,000 mg/L Clarified effluent (TSS <30 mg/L) or cloth filter filtrate (TSS<5 mg/L)MF Feed 12 -30 LMH80 /150 LMHMembrane Flux Very low compared to the latterTotal Present WorthMore operators and more cost Easy and cheaperOperation and Maintenance Moved to the cleaning vessel In-placeMembrane Cleaning Single-point discharge Multiple-point discharge possible to adapt for various reuse needs Discharge Flexibility Immersed MBRPall MBItemSolids Loading vs. Membrane Performance高污泥浓度→低膜通量/high MLSS—low flux Pall MB 至少有浸没式MBR 的6倍膜通量High Flux Solids mg/lLow FluxPall MBSubmerged MBRsInfluence of MLSS on the Aerobic power consumption使用250,000kWh/3,785M 3/D(saving 0.18kWh/m 3) Effects of MLSS on Alpha00.20.40.60.811.2020004000600080001000012000MLSSA l p h aAlpha = 0.4Alpha = 0.65MLSS →Viscosity →Power ConsumptionImmersed MBR: N RemovalEffluent [TN] = [TKN ox ] / (1+R) + TKN effR = Q R /QRQQQQ(1+R)D.O. > 1 mg/LNH 4+→NO 3-NO 3-→N 2D.O. < 0.5 mg/LImmersed MBR: maintenance headache20年生命周期成本比较/20 Year Life Cycle Cost Comparison$1,000,000$2,000,000$3,000,000$4,000,000浸没式MBRPall MBO&M CostEquipment and civil costTypical Costs Based on 1 MGD (3,800 M 3/D) Flow每年运行成本比较Annual O&M Costs Comparison$40,000$80,000$120,000浸没式MBRPall MBChemicals 化学品消耗Pumping 泵回流Air Scour 膜空气擦洗Membrane Replacement Biological Process Aeration Power Costs 电耗成本生物曝气典型曝气池气水比：>15-20:15-6:1成本比较明细Cost Comparison: BreakdownPower (@ 7¢/kwh)$43,960 / KM 3采用Pall MB 工艺每年总的节省费用annual saving with Pall MB$22,620 / KM 3$2,880/ KM 3$25,500 / KM 3Estimated Annual Cost10 yr 6 yr Estimated Life1,550 M 29,690 M 2Installed Area 100 LMH 16 LMH Estimated Flux Membrane Replacement$1,260 / KM 3$640 / KM 3$1,900 / KM 3Annual Cost$3.48 / KM 3$1.76 / KM 3$5.24 / KM 3Unit Cost Chemicals for Operating & Cleaning MBR$20,700 / KM 3$ 13,500 /KM 3$34,200 / KM 3Annual Power Cost$57 / KM 3$ 37 /KM 3$ 94 /KM 3Unit Power Cost 810 kwh /KM 3530 kwh / KM 31,340 kwh / KM 3UseSavings w/ Pall MBPall MB ProcessImmersed MBRItemComparison of 60,000m3/d Municipal MBR26-28M$<16M$8-10M$~ 4M$0.25Yuan/m30.06Yuan/m30.8~1.0 kWh/m3<0.4kWh/m3Creek, Georgia,USA, Immersed MBR,1.7 kWh/m3有关浸没式MBR的2个结论:2 conclusions of Immersed MBR 1. 浸没式MBR不适合大型市政废水处理项目,源于高能耗和很高的膜成本Immersed MBRs are not suitable for the big Municipal WWTP due to the high power consumption and high membrane cost.unless:0.07Yuan/kWh, 50Yuan/m2module and High civil cost2.浸没式MBR适合高浓度工业废水或小规模、特殊废水项目（如培养特殊菌群）Immersed MBR s are suitable for high concentration of Industrial Wastewater or small-scale, special purpose projects such as to cultivate special bacteria.。

外压式膜和浸没式膜在饮用水深度处理的应用与比较关键词：外压式膜、浸没式膜、饮用水、深度处理摘要：结合广东省某工程，从技术、投资和运行成本等多角度比较了外压式和浸没式两种超滤膜系统形式在自来水厂深度处理的应用。

中图分类号：u664.5+92文献标识码： a 文章编号：1. 膜分离技术简介膜分离技术代表着未来水处理发展的时代潮流，被称为21世纪的净水技术。

水处理中常用的膜技术包括微滤、超滤、纳滤、和反渗透四种。

微滤膜对水体中的悬浮物、颗粒物的去除效果不错，因不能完全去除细菌和病毒，在饮用水处理中的应用受到限制；纳滤膜对有机物的去除效果不错，但因驱动压力高，运行费用高，在自来水厂应用不多；反渗透主要应用在海水淡化、苦咸水淡化、纯水制造等领域。

超滤技术是近年来在市政供水方面兴起的新技术，超滤几乎能够完全去除水体中的细菌、病毒、致病原生动物，与传统工艺比较，超滤膜应用于自来水处理具有以下突出的优势：1）超滤膜出水水质稳定，出水浊度几乎不受原水水质影响，出水浊度通常低于0.1ntu；2）超滤膜出水微生物安全性高，超滤可完全截留水体中的贾第虫、隐孢子虫、细菌、病毒等；3）消毒副产物生成量低；4）超滤水厂供水规模灵活，仅需要增减超滤膜组件即可，适用于任何规模供水量的净化处理，并且改扩建容易；5）占地面积小，施工周期短。

膜系统的标准化、模块化与相对集约化，使传统水厂的施工周期缩短，占地面积大为减少。

此外，膜的主体设备可灵活转移，对洪涝、干旱、人为污染等水质突发事件有较好的应急能力。

因此，与传统水处理工艺相比，超滤工艺更能确保饮用水的水质安全性，并且具有绿色、高效、节能、工艺简便、过程易控制等优点，是新一代饮用水净化工艺的较佳选择。

2. 膜系统分类目前超滤膜处理饮用水技术使用在国内外已经越来越普遍，按照膜系统型式不同可分为压力膜与浸没式膜两类。

压力膜：将大量的中空纤维膜丝装入一圆柱形压力容器中，纤维束的开口端用环氧树脂浇筑成管板，配备相应的连接件（包括进水端、透过液端和浓缩水端）即形成标准膜组件，通过不同数量的压力式膜组件并联或串联即组成膜系统。

超滤基础知识超滤超滤（UF）基本上是按分子量大小进行分离的压力驱动膜过程。

超滤膜的孔径一般在1—100nm之间，能够截留分子量在300—500,000道尔顿的物质，包括多糖、生物分子、聚合物和胶体物质等。

大多数超滤膜所标称的切割分子量一般定义为膜具有90%以上截留率的最小分子量。

超滤膜性能对于确定膜在分离应用中的适用性比较重要的几个膜特性参数有：孔隙率、结构形态、表面性能、机械强度和耐化学性。

这些特性取决于膜的材料和制造技术。

这些特性参数之间有很大程度的关联性。

例如只有高分子材料具有适宜的机械强度，膜才能保持高空隙度的结构。

耐压实性能、耐化学清洗、耐细菌分解、耐温度等性能对于膜的工业应用都非常重要。

膜的表面性能和孔的结构形态对膜污染、膜通量和溶质分离都有影响。

膜最主要的性能参数是通量（产率）和分离能力（不同料液组分的分离率）。

由于超滤膜的截留分子量较大，且大多数超滤膜的通量高，因此与反渗透系统相比，超滤膜的浓差极化和污染更为显著。

超滤及微滤工艺的优点超滤能够去除水中能够找到的任何最为细小的颗粒物，超滤的颗粒截留范围一般可达到0.001－0.01微米，微滤的颗粒截留范围比超滤要高出1－2个数量级，一般为0.1－0.2微米。

对于一般的水处理，包括城市用水处理，UF的截留范围都选择在0.01－0.02微米的范围，这个范围包括了水源中最小的病毒。

但超纯水则需要更小数量级的孔径和截留范围来确保完全去除颗粒物，滤液要实现灭菌。

由于微滤具有深层过滤能力，所以在一定程度上能够去除病毒。

但微滤的确是细菌和隐孢子菌、鞭毛虫等原生寄生虫的绝对屏障，因此也用于市政水处理。

UF和MF的分离机理与颗粒、纤维介质过滤器等传统处理方式不同。

介质过滤依靠重力去除原理，它们的标称过滤孔径比要捕集的颗粒大。

颗粒介质过滤器的滤料粒径可能大于100微米。

这样的滤器其绝对截留范围也是同样的数量级。

然而由于介质的深度、料液在通过介质时的弯曲路径，这种过滤器也可获得高去除效率。

压力式膜与浸没式膜在污水深度处理方面的比较1膜分离技术简介膜分离是在20世纪初出现，60年代后迅速崛起的一门分离新技术。

膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。

膜分离过程按过滤精度划分，可分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO），见下图。

图1.1 过滤图谱采用膜过滤技术与传统的方法具有更多的优势：1)设备占地面积小，土建费用低，仅为传统方法的1/3～1/2，特别适合于用地面积有限的工艺扩容；2)运行费用低，耗能少；3)出水水质好，出水水质稳定。

本工程采用超滤膜组件，故下文着重对超滤膜展开介绍。

1.1 超滤膜的发展历程超滤膜的发展历程见下图。

图1.2 超滤膜发展里程碑1.2 超滤膜的分类（1）按材质分类制作超滤膜的材料很多，目前已商品化且较常用的有十几种材料，处于实验室阶段的则更多，但总体上可将其分为有机高分子材料和无机材料两大类。

图1.3 制膜材料分类目前市场上的主流超滤膜一般采用高分子材料制成。

用于制备超滤膜的有机高分子材料主要来自两个方面：一方面，由天然高分子材料改性面得，例如纤维素衍生物类、壳聚糖等：另一方面，由有机单体经过高分子聚合反应而制备的合成高分子材料，这种材料品种多、应用广，主要有聚砜类、乙烯类聚合物、含氟材料类等。

1）纤维素衍生物类纤维素是资源最为丰富的天然高分子，但由于其分子量很大，在分解温度前无熔点，且不溶于通常的溶剂，无法加工成膜，必须进行化学改性。

生成纤维素酯或醚才能溶解加工，其中最常用的纤维素衍生物有醋酸纤维素(CA)、三醋酸纤维素(CTA)等。

该类物质的亲水性好、成孔性好、材料来源广、成本低，但由此类材料制作的超滤膜耐酸碱性能差，耐酮、酯等有机溶剂的能力差，应用受到一定的影响。

第 47 卷第 2 期2021 年给水排水WATER WASTEWATER ENGINEERING Vol. 47 No. 2 2021压力式和浸没式超滤膜在市政给水厂应用差异分析郑志民芮旻(上海市政T_程设计研究总院(集团）有限公司，上海200092)摘要：对市政给水厂压力式超滤膜和浸没式超滤膜系统的应用差异进行了分析总结，着重讨论 了膜通量、运行能耗、单组规模、回收率、适用性、占地面积、操作环境、化学清洗、换膜便利性等方面。

以40万m3/d规模新建膜系统为例，进行了简要系统设计，并对比两者的投资估算和运行成本等。

关键词：市政给水厂；膜技术；压力式超滤膜；浸没式超滤膜中图分类号：TU991 文献标识码：A文章编号=1002—8471(2021)02—0010—06DOI：10. 13789/ki.wwel964. 2021. 02. 003引用本文：郑志民，芮旻.压力式和浸没式超滤膜在市政给水厂应用差异分析[J].给水排水，2021,47(2) ：10-14,34. ZHENG Z M,RUI M.Analysis of the difference between the pressureand the submerged ultrafiltration membrane systems applied in municipal water treatment plant[J].Water&^WavStewater Engineering,2021,47(2) ：10-14,34.Analysis of the difference between the pressure and the submerged ultrafiltration membrane systems applied in municipal water treatment plantZHENG Zhimin，RUI Min(Shanghai Municipal Engineering Design Institute {Group) Co., Ltd, . Shanghai 200092^ China)Abstract：The difference between the pressure ultrafiltration membrane system and the sub­merged ultrafiltration membrane system applied in municipal water treatment plant was analyzed.Herein,the membrane flux,operating energy consumption,single-group k s cale,recovery rate,ap­plicability,floor space,operating environment,chemical cleaning and convenience of membrane re­placement were emphatically discussed.A brief system design of a new membrane system with a scale of400 000 m'/d was conducted,in which the investment estimates and operating costs of the two kinds of ultrafiltration membrane systems were compared.Keywords：Municipal water treatment plant；Membrane technology；Pressure ultrafiltration membrane；Submerged ultrafiltration membrane〇引言以机械筛分为核心的超滤膜技术能够截留水中 的大分子有机物、胶体、细菌以及病毒等[1]，经过十 几年的发展，超滤膜技术已经成为市政给水厂中最 具潜力的深度处理技术之一。

污水处理新技术与新设备随着城市化进程的不断加快，城市内的污水问题日益突出，而污水处理已成为城市现代化的重要标志和发展必备的基础设施。

如何解决城市污水大量排放与污染物的治理问题，已经成为一个全球性的难题。

近年来，随着技术的不断发展与创新，新的污水处理技术和设备不断涌现，为城市污水处理提供了更为优秀的解决方案。

本文将从新技术和新设备两个方面探讨现代污水处理的进展。

一、新技术1.膜技术膜技术是一种通过压力或吸引力作用，使水在膜孔道中被过滤，从而实现水的过滤分离并完成水的净化的技术方法。

该技术采用膜滤器实现微小颗粒和大分子从水中进行分离，使水中的有机物、颗粒物、病毒、细菌等污染物得以除去，从而实现高效率、高品质的污水处理。

膜技术具有高质量的出水、设备小型化、处理流程简单等优点。

2.反渗透技术反渗透技术是一种以压力为单位对原水进行高效处理的技术。

通过半透膜的孔径大小排除其中的杂质，使得反渗透膜孔径内的溶液进入膜孔道中，在水和离子之间形成一个紧密的界面。

这个界面可以过滤掉水中的离子和溶质，提高出水的质量。

反渗透技术适用于各种不同的水源，如地下水、海水、酸性水、碱性水等，同时还能够彻底去除污水中的有机物、微量元素和病原体等污染物。

3.生物膜处理技术生物膜处理技术是一种基于微生物吸附和生化反应作用并通过微生物代谢将废水中的有机物、氮、磷等污染物转化为无害物质的方法。

该技术在处理废水时，经过填充物、生物膜等多个步骤，最终达到处理完成的效果。

生物膜处理技术污水处理效果好、出水稳定、设备投资成本低等优点。

二、新设备1.螺旋桨氧化田螺旋桨氧化田是一种废水处理系统，主要由曝气池、曝气系统和提升泵等三部分组成。

螺旋桨氧化田技术实现了曝气和搅拌作用，利用活性污泥和氧化反应去除污水中的有机物和氮、磷等成分。

螺旋桨氧化田具有处理效果好、节能省电、维护方便等特点，适用于城市污水处理厂、工业废水处理等多种应用场合。

2.浸没式膜生物反应器浸没式膜生物反应器是一种新型高效膜生物反应器，符合膜处理、生化反应和流体力学等多种处理过程的要求。

【技术】浸没式膜生物反应器（MBR）（一）原理、滤膜、型式详解（污水设计、培训及购买必备知识）浸没式膜生物反应器（MBR）的最早研究可以追溯到上世纪60年代末期的美国。

1969年Smith等报道采用超滤膜来替代传统活性污泥工艺中的二沉池，用于处理城市污水。

70年代末期，日本由于污水再生利用的需要，膜生物反应器(MBR)的研究工作有了较快的进展。

自1983年到1987年日本有13家公司使用好氧膜生物反应器（MBR）处理大楼污水，处理水作为中水回用。

从80年代后期到90年代初，Zenon公司继续Dorr-Oliver公司的早期研究，以开发用于处理工业废水的系统并获得了成功。

Zenon公司的商业化产品，ZenoGem于1982年投入使用。

我国对浸没式膜生物反应器（MBR）的研究始于上世纪90年代初。

最早开始研究的有清华大学、中科院生态环境中心、天津大学、同济大学等。

近年，由于该项技术所具有的巨大吸引力和潜在的应用前景，受到了更多研究者的青睐。

浸没式膜生物反应器(MBR)作为目前污水生化处理的核心技术，起到保障出水水质的末端工艺，其核心膜组件型式多种，但从技术原理来讲，万变不离其中，今天小编就带你系统了解下其原理是怎么回事，让你对各种膜组件、配置有一个系统认识。

1、浸没式膜生物反应器原理浸没式膜生物反应器（MBR）是膜分离技术和生物技术的有机结合。

用超滤或微滤膜分离技术取代传统的活性污泥法的二沉池和常规过滤单元，使水力停留时间（HRT）和泥龄（STR）完全分离。

其高效的固液分离能力使出水水质良好，悬浮物和浊度接近于零，并可截留大肠杆菌等生物性污染物，处理后出水可直接回用，出水水质要明显优于传统污水处理工艺，是一种高效、经济的污水资源化技术。

膜分离原理工艺比较2.膜分离单元的特点浸没式膜生物反应器（MBR）中膜分离单元-滤膜的选择基于三点：1.可有效的分离活性污泥；2.运行成本最低；3.抗污染能力强。

通过对国内外膜生物反应器技术的研究，目前国内外使用的膜生物反应器大部分滤膜孔径基本集中在0.05-0.4μm之间，基本介于超滤、微滤膜临界点附近。

浸没式超滤工作过程为了满足日益增长的水处理需求，各种先进的水处理技术被广泛应用于水处理行业。

浸没式超滤（submerged ultrafiltration，SUF）是一种旨在提高水处理效率的进口水处理技术。

本文将介绍浸没式超滤的工作原理和工作过程。

浸没式超滤是一种膜分离技术，它使用特殊的过滤膜将水中的杂质、细菌和微生物隔离，并在水中保留有用的微量元素。

浸没式超滤采用的是亲水性的聚合物膜，膜孔径通常为0.01~0.1微米，比一般微滤膜更为细小。

浸没式超滤操作的原理是利用水的压力或负压力进行过滤，以分离水中的杂质。

在浸没式超滤过程中，污染的水被泵送进入膜元件，通过膜内的孔隙进行过滤。

由于浸没式超滤是一种亲水性膜过滤技术，可有效隔离水中的细菌、腐泥、悬浮物、颗粒物和病毒等微生物，使水更加纯净。

下面将详细介绍浸没式超滤的工作过程，并对工作过程中涉及的重要步骤进行说明。

1、预处理浸没式超滤设备使用前需要进行预处理。

预处理的主要目的是去除水中的浮游生物、悬浮物、沉淀物和清除杂质，保证浸没式超滤设备的正常运转。

2、泵送进料经过预处理的水被泵送进入浸没式超滤设备，进入膜元件内进行过滤。

在进料的时候，需要注意进料速度和流量，防止因过快的进料速度造成浸没式超滤设备过载。

3、过滤在过滤过程中，水通过超滤膜孔径的筛选作用过滤成分，隔离掉大部分细菌、病毒、腐泥、颗粒物和有害离子等杂质，同时保留有用微量元素。

4、清洗随着过滤时间的增加及过滤膜孔径的缩小，膜表面会逐渐形成一个"污泥层"，使过滤效率降低。

浸没式超滤设备通过循环反吹、反洗等方式进行自动清洗，去除膜表面的污垢。

反吹还可以使膜元件内的杂质被卸载，保持膜元件的清洁。

5、再生在长期的运行中，膜元件表面会形成一个难以清洁的氧化物层，影响过滤效果，需要进行再生。

当浸没式超滤设备过滤效果降低时，需要进行酶解剂等再生剂的投加进行再生。

以上就是浸没式超滤工作过程的基本步骤。

浸没式与压力式、外压式与和内压式微超滤膜的比较用于水处理行业的中空纤维微超滤膜中，内压式膜是水从中空纤维的内表面向外表面过滤，外压式膜是水从膜的外表面向内表面过滤。

外压式由于驱动压力（压力泵及真空）来源不同，分为外压正压式和外压负压式（即浸没式）。

微超滤膜也可分为压力式和浸没式两大类，压力式细分为内压和外压。

全球以生产外压式为主的厂家有：旭化成，Zenon（GE），Memcor（西门子），三菱、东丽、浙江欧美、天津膜天膜等。

但许多外压式膜厂家同样也生产其它材质的内压式膜。

生产内压式为主的厂家主要有Koch, Norit, 海德能、Membrana, Inge等；内压式与外压式的主要区别如下：1．外压式膜在全球所有水处理中空纤维膜的市场份额近95％，90%的市场份额由旭化成/Pall的Microza、Zenon和Memcor占有。

2．外压式基本都采用聚偏氟乙烯（PVDF）膜材质，内压式膜基本采用聚砜PS、聚醚砜PES 为基础的膜材质。

众所周知，PVDF抗氧化性能力及机械强度远比PS、PES等材质强，是国际微超滤膜的趋势；3．由于中空纤维的内径较小，一般都在1mm上下，所以内压式膜处理污染程度较高的源水，容易发生内径堵塞。

因此内压式膜处理高污染水质经常会有运行问题，尤其是MBR 项目。

在全球的浸没式MBR中，基本都是采用外压式MBR膜，而且趋势采用PVDF 膜；4．由于内径较小易堵塞，所以内压式膜的运行膜通量较低；内压式膜对自清洗过滤器的要求比外压式高；5．外压式膜一般采用空气辅助擦洗，内压式膜一般只采用水反洗，比气水联合清洗效果差，反洗水量也大；6．PVDF膜材质本身比PS、PES的亲水性稍差，但绝大多数PVDF膜厂家都对其PVDF膜进行过亲水性处理；此外，绝大多数外压式膜和内压式膜都是不对称单皮层膜结构，生产工艺为湿法（相转移法），只有旭化成一直采用热法工艺及海绵状均一膜结构，因此膜的破损率最低，安全性最高。