螺旋电场【微电场平板膜、Ti02／PVA螺旋膜、MBR小区污水处理装置设计余洋】

　　摘要：本项目组经过深入调研分析和查阅文献，发现目前城市生活用水量很大，而小区生活污水再生处理后的回用率较低，存在巨大节约潜力。其中占地省、水质好而且效率高的(膜生物反应器)MBR技术在小区的应用不够普遍，成本和能耗偏高、不可逆的膜污染严重是制约其应用推广的关键性因素。因此本项目组针对以上现状，通过分析，设计了两套可用于处理生活污水的低成本、高节能的膜生物反应器污水处理装置，分别为附加微电场的平板膜MBR净化装置和二氧化钛／PvA螺旋膜MBR净化装置。附加微电场平板膜污水处理器采用导电聚合物改性廉价滤布平板膜上附加微电场的方式，显著提高膜的渗透通量，降低膜污染，延长过滤周期，提高污泥活性，并使不可逆的膜污染得到有效降低。而Ti02／PVA螺旋膜污水处理器则采用新型Ti02／PvA聚酯复合膜和螺旋膜组件几何构型的结合，使膜组件具有更优越的过滤性能和抗污染能力，减缓膜污染同时节省曝气能耗，实现了高效节能。这两套净化装置污水处理效果好，运营维护方便，投入成本低廉，运用太阳能清洁可再生能源，整个设计很好地贯彻了节能减排的理念，十分适合中小型小区污水的处理及应用推广。
　　关键词：螺旋膜　平板膜　污水处理
　　调研分析
　　社区情况调研：我们调研了大连市锦霞社区。锦霞社区位于大连市沙河口区锦绣路，共有单元楼62栋，占地面积35公顷总面积，建筑面积414587m2，住宅面积399871m2，共有5245户。
　　MBR技术调研：MBR关键可行的创新方向有：(1)廉价抗污染膜材料(2)抗污染膜组件(3)减缓膜污染的流体动力学、工程学(物化)方法。这些最近已成功进入应用领域的尚不多见。大连理工大学研发的一些研究成果具有高度的技术经济可行性，因此本项目组决定进行以节能减排为目标的小区污水处理和回用的MBR新工艺设计。其中主要采纳了微电场减缓膜污染技术、抗污染复合膜耦合螺旋膜技术。为减少对源白化石燃料燃烧、污染火电的依赖，采用太阳能电池技术提供污水处理所需要的动力。
　　1　研究背景及意义
　　1.1研究背景
　　地球上淡水储量仅占全球总水量的2.53％，而可利用的却只占地球总水量的0.77％。中国更是一个干旱缺水严重的国家。因此，淡水资源的高效重复利用是可持续发展的重要内容。
　　生活污水开发的前景十分广阔，相比工业污水处理的复杂性，其简易、方便更得到人们的关注。目前对于生活污水的处理方案有多种，但不采用MBR膜技术的传统方法都具有水质较差的缺点。而一般的MBR技术的出水水质好，但是均具有节能／降低能耗的瓶颈性问题：膜污染。其缺点是能耗偏高、投资成本偏高，而且需要频繁的物理或化学清洗。例如：
　　1.1.1不带电场的平板膜生活污水处理系统
　　平板膜组件作为生物膜反应系统已被人们大范围采用，截止2006年，据不完全统计在世界范围内运行的MBR达2259套，其中平板膜生物反应器的比例占很大比例，近些年，该趋势仍在攀升。平板膜之所以广被应用，是因为它具有水力学条件易于控制、通量高、抗污染能力强和清洗更换方便，能够在更高污泥浓度的条件下保持高通量稳定运行等优点。但其过滤性能、抗污染能力以及在节省曝气能耗的潜力方面仍有一定的发展空间，单独的平板膜不可抗拒不可逆的膜污染，导致生物膜处理系统的工作效率降低。
　　1.1.2PVDF(聚偏二氟乙烯)膜生活污水处理系统
　　PVDF膜目前已广泛应用于商业化生活污水处理系统中，与以往的处理方法相比，PVDF膜具有强度好，孔隙率高，通量大等特点，且PVDF膜孔径均匀可控，过滤孔径分别为0.1μm，0.05μm，0.02μm三类。与传统的非溶剂致相分离法(Non-solvent induced phase separation，NiPS)相比膜材料选择范围更广泛。但是，经研究发现，普通PVDF膜，运行周期较短，清洗频率较高，水流通量并不能够达到预期。
　　1.2研究意义
　　资料显示，生活用水中不与人体直接接触的生活杂用水如冲厕用水，小区绿化浇灌用水、空调冷却水、地面冲洗水以及车辆清洗等用水也可归人生活杂用水的范畴，并无高水质要求，这种用水分布为小区生活污水的回用去向提供了可能。
　　城市小区污水一般进入城市污水管网，由废水处理厂进行处理，处理后大部分排海，少部分得到回用。由于集中处理耗能，处理后运输和使用不便；不利于污水的就地处理和回用。目前采用中水回用的小区不多，MBR技术占地小、效率高、出水水质好，非常适合处理小区生活污水，出水水质满足城市杂用水要求。
　　目前，小区内部的污水处理系统，虽然能够达到污水净化再利用的目的，但能耗均相对较大，污水净化效果有待提高，且设备成本较高，诸多问题均不能很好的切合我国提倡的节能环保主题而且不适于大规模应用。研制具有高标准净化、超低能耗、经济效益显著优势的新型污水处理系统不仅是解决水资源短缺、改善环境的一条重要途径，而且对生活污水利用技术的研究也是社会可持续发展的重要举措，对它的研究很具有现实意义。
　　2　设计方案
　　本项目组经过多次改进，最终确定为一种民用便捷污水处理系统(如图1所示)。该污水处理系统采用了物理沉降与膜生物反应相结合的办法，并通过太阳能供能的方式，实现了生活污水的净化、处理、回收、利用。其突出特点在于出水水质好且出水可直接回用、设备占地面积小、机构维护方便、经济实惠、节能环保、便捷实用等。为了提高民用便捷污水处理系统的适用性，本项目提供了附加微电场平板膜MBR污水处理器和Ti02／PVA复合螺旋膜MBR污水处理器两种系统供用户选择。其中，附加微电场平板膜MBR污水处理器采用在平板膜上附加微电场的方式，显著增强了膜的渗透通量，降低了污泥的EPS生长和膜污染，延长了过滤周期，提高了污泥活性。并使不可逆的膜污染得到有效降低。而Ti02／PVA复合螺旋膜MBR污水处理器则采用新型Ti02／PVA聚酯复合材料和螺旋膜的膜组件几何构型相结合的方式，使膜组件具有更优越的过滤性能和抗污染能力，并在减缓膜污染的同时，节省了曝气能耗，实现了节能优化。