清华环境系黄霞教授做客中国水网就涉膜技术问题答疑

2014-05-13 19:17:13 admin 44
来源:中国水网 周芸 / 时间:2009-8-18 17:02:39

  据中国水网2009年8月17日讯 8月14日上午,清华大学环境系学术委员会主任、中国水网专家黄霞教授来到中国水网,做客聊天演播室,就中国水网论坛中“专家解疑答惑第三期”中众多网友关于膜技术、特别是关于MBR运行、维护等方面的提问,做了详细的解答。

膜分离设备

  主持人:我们这次做客聊天邀请了清华大学黄霞老师。目前随着全球水环境问题越来越得到社会各界的关注及膜材料的技术发展,膜法水处理技术都有了提高。这次我们请到了清华大学的黄霞老师。下面介绍一下黄霞老师,黄霞老师是清华大学环境系学术委员会主任,中国水网专家。黄老师主持承担过国家863项目新型膜生物反应器的研究与应用等国家重大项目。本次做客聊天得到了网友的热切关注。收集到了很多网友的提问。以下我们所提问的问题全部来自于中国水网网友。首先先请问黄老师,很多网友普遍反映就目前来看膜技术在污水领域运行成本普遍很高,不知道膜以后发展前景方向怎样。对于降低膜运行成本,以及膜技术普及应用是怎样的?请黄老师谈一下看法。
  黄 霞:好的。从这几年的发展来看其实膜技术在污水处理领域中逐渐增加的,从趋势上讲,就像网友所提到的影响膜技术在污水领域里应用大的因素还是成本跟价格问题。事实上从这几年的发展趋势来讲,膜技术的成本是在逐年下降,下降速度非常快。如果跟五年前相比膜技术成本价格大概降低了一半。今后还会有降低的趋势。这样的话会为推动膜技术在污水处理领域中的应用提供一个很好的条件。关于如何降低膜的成本我想要包括了好几个方面,一个是膜材质设备以及相关的设备,包括前处理等设备。这个东西整体影响膜技术工业的一个成本。所以将来的趋势就是要把这些材料组建设备实现连产化,相信以后成本会降低,其推广将得到更大的发展。
  主持人:对于膜成本问题,很多网友对于膜发展是抱有很高的期望的,有网友提问说,随着以后膜生产工艺不断更新,技术不断进步,想请问黄老师是否会成为工业水处理的一次历史性革命?膜技术在污水处理中能达到怎样的地位?
  黄 霞:我认为这本身一是场革命。因为膜技术的出现无论是在污水处理还是在饮水处理方面,都可以给用户提供最保险的方案。就是在可以保证效果的同时,设备可以非常简便,优势是大家可以看到的。如果可以在成本方面进一步降低,这样这个技术就会更完美了。我觉得应该是在水处理方面,是一个比较重要的突破吧。这样的话在未来的水处理行业里面应该说能够占到一个非常重要的地位。
  主持人:那我们知道膜首先是在污水领域应用比较多,目前为止膜技术在饮用水方面已经有了很多的应用,就有网友提出膜技术在饮用水领域的问题,请黄老师谈一下,膜技术在饮用水方面的前景有哪些?
  黄 霞:膜技术在饮用水处理方面我们国家跟国外情况有所不同,国外应用饮用水方面更多一点,这个可能是外国人与中国人生活习惯不太相同,国外人喜欢喝那样的直饮水。那么中国就像网友说的,中国这块起步比较晚,也跟我们国家缺水、污水这种环境是仅仅相关的。我认为膜技术在饮用水应用潜力很大的,因为膜技术跟一些工业整合对我们饮用水安全的提供、消除病菌可以提供一个很好的解决办法,所以说膜技术在饮用水领域应用有很多方面,包括集中供水,大型水厂的改善,还有包括在日常生活里面见的比较多的家用净水器,这个可以加强水质的管理,所以有很多应用途径。我也很高兴看到,我们国家膜技术在饮用水方面的应用现在也是在不断地发展,比如说有杭州、苏州等水厂都在用膜技术进行污水处理。所以从趋势来讲的话膜技术在以后发展领域是很大的。
  主持人:对于膜技术很多网友也比较关心,黄老师也是在膜技术里面很有建树。现在都有哪些膜材料呢?
  黄 霞:膜技术分类很多,包括微滤、超滤、纳滤等等。不同工艺用的膜材料是不同的。那么通常我们用的还是微滤、超滤的膜比较多。在这一类,通常叫低压这种膜的过程中,实际上膜材料确实有很多,比如说有聚砜、聚乙烯、聚丙烯、聚丙氢、聚偏氟乙烯等等,有很多的膜材料,但是在污水处理方面,比如说从抗氧化性、强度、通量等方面评估的话可能聚偏氟乙烯要用的多。
  主持人:黄老师在MBR方面很有建树,很多网友根据自己工作中遇到的困难,针对MBR也提了一系列的问题。首先有个网友问,黄老师现在MBR应用中的主要问题,MBR的发展趋势包括膜片和应用工艺,同时也请您分析一下平板和中空MBR的特点如何?
  黄 霞:关于MBR的优点跟好处我想我就不用多介绍了。我想网友们对它的特点还是认识了解的很多。那么在我国这几年MBR应该说应用也是呈现一个大的快速发展的趋势。但是在应用MBR的时候我需要强调一下需要注意的一些问题。一就是说MBR用的废水对象不一样的时候它所选择的工艺也不一样。用的时候第一点根据废水的性质和废水排放的要求来建立一个合理的要求。因为MBR是一个组合工艺。这是第一点。第二点希望应用MBR的时候要合理选用合理的膜材料、膜组器,这是比较合理的。第三个要对整体系统优化进行一个全面的考虑,这样才能够使MBR工艺用的更好。我想这几个点在应用过程中大家要特别侧重的考虑。刚才我也谈到MBR发展趋势,因为我们国家这几年发展确实很快,那么发展很快的话我想可能也是从我们国缺水这个角度来讲的,那么MBR作为污水资源化的最有潜力的工艺之一,那么受到大家关注,所以发展是非常的快。如果从统计的MBR建设的处理能力来讲,是以快于100%的速度增长的,这个潜力大家也可以看到。至于平板跟中空MBR的特点,这也是在这个领域里面大家一直在讨论的问题,我个人认为平板跟中空应该是各有优点的,各有特点。那么如何选择平板跟中空呢,可以从你自己在考虑的系统,比如说包括对预处理的要求、设备的占地的要求以及膜的通量的大小,还有就是维护管理,另外就是用的系统处理污泥能力的高低等等,这个都是需要综合考虑来选择是平板还是中空的。从国外发展来讲,应该说平板跟中空是各占市场一半的份额,所以我觉得他们也会按照各自的特点往前发展。
  主持人:下一个问题,正好是一个网友在实际工作中遇到的问题,他们对于中空纤维膜最高值是两千克,最大出水量达到一立方每小时,现在的压力就是0.8千克的时候已经能达到设计出水量0.2立方每小时,但是他遇到的问题就是膜厂家告诉他这样对膜不好,建议把压力调到1.8千克,出水量提高一倍。想请黄老师帮他分析一下,压力和出水量同中空纤维膜的效率和寿命有什么样的联系?
  黄 霞:这个问题我觉得应该是这样的,就是说一个膜的处理能力跟它的压力有关,但是一般来讲压力越大它的处理能力是越高的。但是因为膜在处理过程中一方面又可以受到它在过滤处理中所含有的污染物对它的污染,如果过滤速度越快,那么污染速度也会快,污染速度越快这样中间清洗的间隔要短,要不断用药剂清洗,这样就会影响它的寿命,是互相制约的关系。因此多大的压力、多大的出水量以及跟膜之间的关系要综合考虑。如果膜的压力提的高,通量也比较高,但是膜污染发展并不快,那么这个时候是可以把压力提高一点,然后把它的通量也就是过滤速度提高一点,这样的好处就是说你可以用少膜提高你的处理能力,成本可以降低。如果压力高,处理能力大,污染太快了,要不断清洗那么寿命就会降低,所以这是一个三方面的关系,所以要综合考虑才能判断现在你说的1.8的压力是不是watechliuhede的,还得分析一下具体情况。
  主持人:现在还有一些问题,也是针对MBR运行中的具体问题,也是想请黄老师帮忙分析一下。这个网友说他目前正在运行14个左右的MBR厂都是在澳大利亚,他是运行中遇到了两个很难懂的问题,第一个就是说他们的膜是德国的,孔径是0.02微米,HEAD大约是0.25米,通量是40升每平方米每小时,他说最近有一个厂在热带出水,浊度从5达到10NTU,他说这种情况以前从没有发生过,出水PH值小于6,想请黄老师分析一下。
  黄 霞:首先用的是平板膜,平板膜运行通量40升每小时我个人认为这是一个比较高的值,应该说他们通量蛮高的。现在他所出现的两个问题,浊度高的问题,如果从他使用的膜来说,是一般0.02微米,从这么细的孔径来讲不太有可能像浊度物质透过膜孔本身,因为对实际情况不是很了解,没有去现场考察,有没有这种可能就是说组器的连接口或者说膜有没有一些漏损这样一种情况造成出水浊度的升高。另外PH小于6,也不知道进水的PH,那么是不是进水PH大于6,如果是这样的话,那么出水就是又降低了,这样的情况会由于净水的含氨氮浓度高,在处理过程中消耗减,会使PH降低,这个也是猜测,因为不了解实际运行情况,仅供参考。
  主持人:可能很多网友的很多具体问题其项目介绍也不是很清楚,如果说大家有兴趣的话,想请黄老师再进一步分析一下,可以选择在下个月9月1号到3号之间,参加第五届国际水协的膜技术大会,届时黄老师将出席,到时候不仅黄老师,很多国际上的学术专家也在,这是一个非常好的交流平台跟机会,也请大家继续关注。这个网友还接着问,这位网友应该是一个外国人。他说浊度这么高是有机物影响的还是铵类营养物质呢?这个问题已经困扰他很久了,也请黄老师在这方面帮他解答一下。
  黄 霞:出水浊度高,因为氨是非常小的分子,所以不太容易形成浊度物质,既然是浊度物质,还是属于胶体类物质,以有机物为主的物质会偏多一些。
  主持人:对于膜的运行管理很多网友都感觉不太有把握,想请黄老师在膜的运行管理、膜的维护这些后续的方面,谈一谈您的看法。
  黄 霞:在MBR运行当中技术管理是很重要的问题,这也是决定工艺本身是否运行成功的关键环节。所以维护管理是否能够变得容易呢,我想会涉及到几个方面,首先就是MBR工艺的设计,必须是要合理的,那么后面的管理才会省事。所以在设计的时候一定要有合理性。比如说预处理设备、膜的堵塞防止措施怎么采取,膜的运行的合理的参数你怎么选择等等,总之,你的设计要合理才有利于后面的维护管理的方便,这是一个很重要的方面。第二点就是在实际运行过程中,这些操作的人员需要遵守MBR的一些操作运行的规范,就是说要遵守这个规范才能合理地维护这个系统稳定。第三个方面就是说在系统运行维护管理过程中,实际上在很多的工程里面是有自动控制相连接的,所以只要保证这个自动处理设备不出故障,那么运行管理也没有那么复杂。我个人也参观过比较大的MBR的污水处理厂,如果把这些都做到位的话,那么它的运行管理并不复杂,基本就是操作工作在操作室里面,这个系统可以按照我们在维护管理设计里面的一些基本模式运行,没有那么太复杂的问题。
  主持人:还有网友提到,对膜技术和传统污水处理技术也存在着一些疑问。他们觉得MBR在城市污水处理中应用已经逐渐增多,尤其是城市污水加上深度处理形成再生水的方面应用特别多,就想请问黄老师相对传统污水处理技术,比如说A2O+氧化沟+曝气生物滤池+V型滤池处理方式跟这些比较,MBR的组合工艺,他认为投资大,运行成本高,还有人认为膜更换的成本很高,想请黄老师谈一谈在近几年内有没有降低投资和运行成本达到上述传统处理的基本的相同效果的方式,从而,使得取代传统污水处理技术会成为趋势?
  黄 霞:首先我想说明一下的就是说MBR中的膜不是每年都需要更换的。所谓的更换就是说膜寿命到了才需要更换,一般来讲膜的寿命会长于一年,当然这跟你用谁的膜,什么样的材质有关系。长寿命的膜会达到5、6年才需更换。所以这个我想先说明一下。关于MBR在城市污水处理中的应用呢,就像网友所看到的这几年确实是在逐年增多。城市污水处理除了MBR以外传统工艺也是存在的。我觉得MBR跟传统工艺应该是一种并前的,就是各有不同的目的,就是并行的,各有不同特色在推进这样一个事情。因为MBR跟传统工艺比较就是处理水质好,占地省,自动化管理效率高,这是优点,那么不足就是投资要高一点,但是这几年随着膜材料成本降低,其成本高的程度没有大家想的那么高。稍微略高一点。我想MBR在城市污水处理当中,并不是说所有场所都要用,而是要用于能够发挥它特色的地方,比如说你对污水处理要求高啊,还有排放标准要求高,比如说像现在有的地区的一些达标,可能传统工艺做起来不太容易,还有一些就是传统工艺的放不下,没有地方,我想这块它的优势会越来越突出。我们不能用简单的一句话说哪个工艺怎么着,还是要把每个工艺特色,在适合它的情况下用好,这样使MBR的功能充分发挥出来。
  主持人:现在用水、排水标准提高更严格已经是趋势了,很多地方不仅是江苏太湖那边要求高,北京的要求也很高,相信MBR前景非常广。还有网友说针对垃圾渗滤液这方面也想请黄老师谈一谈MBR工艺,他讲到,MBR工艺应该说是垃圾渗滤液处理中必不可少的工艺,其中也有很多修整工艺,比如说前端增设厌氧等措施,他的问题就是说像垃圾渗滤液如此高浓度的进水,COD、BOD都非常高,以及高污泥浓度,想问一下黄老师超滤部分如何选取。还有与之相关的曝气方式如何配套。比如说是管式膜+曝气射流,还是微孔曝气就能满足中空纤维膜的要求,如何降低MBR高污泥浓度曝气能耗?
  黄 霞:像这个网友的提问我想涉及到三个方面,一个是垃圾渗滤液的工艺,曝气怎么选,还有就是膜设备怎么选这三个方面。首先说工艺这块,前面我也谈到MBR它本身是一个工艺,就是说这个工艺的形成是要针对不同的水质,即针对不同的水质以及处理要求的情况设立一个比较合理的工艺。垃圾渗滤液有机物浓度比较高,氨氮浓度比较高,那么在有机物浓度这块它除了含有一些容易降解有机物成分以外,也会有一些难降解的有机物成分,从MBR工艺来讲,我个人认为前面设立厌氧段有好处,这个好处体现在,一方面把水里的也就是垃圾渗滤液里面含有的难降的有机物可以转换成容易降解的有机物,另外一方面厌氧段这块如果有回流过来,它可以起到反消化的作用,也可以从总段去除是有效果的。这是关于工艺。 关于曝气设备的选取,因为垃圾渗滤液有机物浓度比较高,通常条件下就是MBR里面污泥浓度比较高,所以曝气设备就要充分考虑在高污泥浓度下面供氧效率比较高的设备比较好,另外还要考虑曝气设备跟后面你用的膜的形式怎么样,比如说射流曝气,这个可以用循环的余压,因为余压也是有效的利用。这个要充分考虑,才可以使使用更合理。 从膜设备种类来讲,目前在垃圾渗滤液用的多的是管式膜,它用在垃圾渗滤液里面,还是外置的管式膜,他在运行管理当中清洗比较容易,过一段时间,把两边闸门闸住,从恢复方面比较容易。还有运行能耗、压力还是比较高的,所以我个人认为在处理垃圾渗滤液这块,工艺里面对于膜的选择方面进一步降低它的能耗来讲还是有优化的空间,还是值得进一步探索是否有更低的形式的膜设备用在垃圾渗滤液。当然这里面选用要考虑MBR处理垃圾渗滤液污泥浓度要比处理城市污水程度情况污泥浓度要高很多。
  主持人:刚才提到的是一个高COD的垃圾渗滤液的案例。然后有一个网友就是针对高盐度废水想请教一下黄老师。他说MBR在工业废水中为了提高处理效果加了一些填料,一部分是想活性炭,这些在处理当中会不会对中空纤维膜产生负面影响,他们处理高盐度废水,大约达到5%左右,主要是氯化钠,请问这么高的盐度对膜危害是不是很大,对出水效果是不是也有很大影响?
  黄 霞:好的。这个网友说到了在里面加了活性炭颗粒,这个加入这个工艺里面的话,在曝气过程中活性炭是可以流动的。那么流动过程中就会对中空纤维膜产生一些问题,有一个好处,在表面的时候,可以把中空纤维表面的污泥刮下来,这个就减轻了它的膜污染,这是正面的影响。但是也存在负面的影响,如果颗粒的填料比较大、比较硬,表面比较粗糙度比较高的话,有可能在循环过程中间在碰到中空纤维膜表面对膜表面产生刮伤,对它产生损害,这样对它的过滤产生一个负面影响。那么这个负面影响另外一个方面还有一种可能就是活性炭添到MBR这样一个污泥系统以后,它跟污泥在一起循环,那么颗粒会对污泥本身也就是说污泥是微生物细胞,会产生摩擦,会导致微生物的细胞可能会对表面的包外多聚物分泌更多。那么这种物质也是影响我们的膜污染的。所以要综合考虑这方面的正跟负的因素来选择合理活性炭的种类,以及合理的投价量,才保证正的优势,这样对处理系统有利。 还有就是涉及到高盐的问题,含的是氯化钠,那么氯化钠因为在MBR过程中间我们用的膜一般是微滤膜比较多,微滤本身不截流盐度的,对它没有太大影响,但是因为它盐度大,会对MBR里面的生物系统产生影响,生物那么对生物系统产生影响,一个是盐度过高对它的膜产生影响,对处理效果产生影响。另外对分泌系统产生影响,让生物所分泌出来的物质可能偏多的情况是有的。那么这个间接造成对膜运行也就是膜污染这个影响会造成。
  主持人:接下来,刚才谈到的都是高浓度的,有个网友针对低浓度的废水提了一个问题,他说MBR气水比过高,能耗很大,有哪些技术可以改善这一点?
  黄 霞:对于低浓度的废水来讲可以考虑缩短整个装置的停留时间,提高装置容积负荷,这是一个解决的办法。另外就是说在膜组件的布置上可以考虑采用多层的布置,这样减少消耗在膜组器的曝气量,这样把整体气水比尽可能地减下来。
  主持人:有一个网友针对高浓缩液,膜处理技术高浓度浓缩液提出了问题,那么浓缩液的问题如何处理?
  黄 霞:这个一般是在反渗透和钠氯的过程中产生的。这也是在这个领域中大家遇到的一个难题,就是说目前也没有太好的解决办法,有些就直接排放了,在有些国家,在国外呢,是把这些浓液进行回收,那么反渗透和钠氯需要进一步探讨,看看有没有更好的办法来解决这个问题。
  主持人:现在膜技术和MBR应用的比较多,就有网友想请问黄老师,MBR在实际当中应用最大规模达到怎样呢?
  黄 霞:我们国家这个应用很广泛了,在湖北省石盐市,现在正在建立11万吨每天的规模,应该说是相当大的。在国际上迪拜签约了一个MBR是22万吨每天的项目,所以它如果建成应该是目前世界上最大的。据说签约是这样一个水平。我们国家实验室应该在今年年底可以建成。
  主持人:就是说针对膜的问题,也有网友提出,膜的反冲洗的药剂有怎样的要求?膜使用多长时间大概换一次?
  黄 霞:药剂要根据污染物种类的情况来选择。一般来讲膜表面污染物有有机物跟无机物,对于有机物可以用次氯酸钠来进行清洗比较好。对于无机物,可以用酸类物质来清洗。所以要根据实际情况与表面的污染物情况选择。膜多长时间换一次,这个其实就是膜寿命问题,膜寿命判别有两个方面,一个是它功能没法儿用了,这是功能上的不能继续用。还有物理上面的破坏,比如有些膜断了、破了,虽然它的过滤功能没有受到太大影响,但是物理上讲不能再用了,也就导致它寿命到期了,这两个是影响它更换的时间。这个当然也就跟你选择的膜材料,包括膜组件的形式都有关系,不好一概而言,前面我也提到MBR的情况,可能会5、6年更换一次,也有更长的,根据具体情况来定。
  主持人:还有一个问题,就是说现在可能是随着膜技术的发展,国产的膜厂家也很多,而且做的规模也很大,有个网友想请问黄老师超滤和微滤在国产膜和进口膜之间的差距到底有多大?就现在来说。
  黄 霞:超滤跟微滤这几年我们国家确实有很多的膜生产厂家做了很多工作,也取得了很大的进步,我了解的信息可能不太全面,国产的超滤膜从性能上面讲应该说跟国外产品差距非常小,也就是说非常接近的水平。那么从微滤来讲,这方面微滤用处也很多,饮用水直接过滤以及用于MBR的微滤膜,大家可能比较关注的是用于MBR的微滤膜。国产MBR应用的微滤膜来讲,有几家厂家在生产,从大规模应用来看,目前生产的国产的微滤膜跟国外产品比较可能还是有一定的差距,这个主要体现在机械强度不够高的情况下,但是这两年国产的,就是国内膜生产厂家也花了大力气来改善MBR用的微滤膜的生产技术,所以我相信在未来的不远的这几年里面,国产的用于MBR的微滤膜的组件会达到一个比较高的水平,甚至可以说能够接近国际产品的水平,我想还是会很快到来的。谢谢!