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膜生物反應器是對經典活性污泥概念的改進，該概念已用于數十年來處理市政和工業廢水。在此，將膜處理（如微濾或超濾）與懸浮生長生物反應器結合使用。膜單元代替了傳統活性污泥系統中使用的沉降器和沙濾器。
最初的設計是將膜分離器以側流方式放置在生物反應器外部。來自反應器的流出物被泵送通過膜過濾器，以將固體與水中分離。這種設計產生可接受的廢水質量，但是在防止膜過濾器被固體和纖維碎屑污染方面造成操作問題。
操作MBR系統的主要挑戰是控制膜的結垢。結垢隨著過濾時間的增加而增加，導致通量的減少和跨膜壓差的增加。結垢問題要求增加驅動壓力以保持滲透流，或者將膜組件停下來進行清潔。這分別增加了能量消耗和運營費用。
定期進行膜清洗是通過各種針對污垢特性和膜結構的特定程序完成的，但通常包括反沖洗膜以物理去除污垢，以及用次氯酸鈉和檸檬酸進行化學清潔。
MBR技術去除BOD，COD和營養物質的能力已得到充分證明。與傳統的活性污泥生物反應器相比，可將BOD和COD的濃度降低98％，而將其降低到85％至95％。將MBR技術適當地結合到廢水處理過程中可使氨氮等營養素水平降低99％，而磷則降低96％。但是，這些結果可能會有所不同，具體取決于廢物流的特性，總體處理過程和工廠的運行條件。
膜和廢水處理
希望將再生廢水用于公用事業和過程應用的工廠必須從評估源水水質開始。在許多情況下，市政第三級廢水無需進一步處理即可使用，例如在灌溉以及某些過程中的沖洗和漂洗過程中。但是，其他更高級別的應用程序需要進一步處理以減少總溶解固體，有機物，細菌和病毒。這種高質量的廢水也可以用作冷卻塔補充，鍋爐給水和某些工藝應用。
使用膜工藝（如反滲透（RO））處理三次廢水的主要挑戰是污垢控制。反滲透膜的結垢是由于膠體材料的積累，礦物質垢沉積物，細菌的生長以及膜表面和水流通道中的有機物而引起的。這大大縮短了化學清洗之間的運行時間，并增加了運營成本。
通過微濾（MF）或超濾（UF）預處理反滲透給水，可大大降低反滲透膜由于膠體和細菌的結垢率。微濾去除了0.1到10微米范圍內的顆粒物。這在除菌范圍內。超濾膜具有更細的孔徑梯度，可有效去除0.001至0.1范圍內的固體。這是病毒清除領域。
為了進一步保護RO膜免受生物污染，在MF / UF膜之前和RO膜之前再次添加了氯。盡管膜對游離氯的耐受性較低，但是使用氯胺（混合氯）是可以接受的做法。1-2 ppm氯胺的連續劑量可有效控制膜表面細菌的繁殖。
由于第三級廢水包含高水平的鈣硬度，堿度和磷酸鹽，因此RO膜被磷酸鈣和碳酸鈣污染是一個潛在的問題。積聚在膜表面和流動通道中的水垢沉積物會導致通量減少，整個陣列的壓差增加。最好通過降低回收率，調節給水pH值和明智地使用化學防垢劑來控制這種情況。在對反滲透給水化學性質進行詳細分析之后，最好對反滲透給水進行預處理以最小化水垢的具體建議。
膜制造商已經對不斷增長的低污垢反滲透模塊市場做出了回應，這些模塊可以耐受較高的有機負荷以及市政和工業廢水中常見的其他污垢。這些膜聲稱在這些更具挑戰性的應用中使用時，可提供穩定的通量和脫鹽特性。對常規聚酰胺和低污染復合膜的試點研究和全面操作已證明將膜清洗間隔延長至6個月或更長時間是成功的。
將廢水用作冷卻塔組成
冷卻塔的目的是為了節約用水。通過蒸發冷卻將多余的熱量排到大氣中，水可以循環使用幾次，然后再排放到廢物中。
傳統上，冷卻塔的補給是從新鮮的飲用水中獲得的。但是，隨著淡水供應競爭的加劇，這種情況正在改變。在某些情況下，市政當局幾乎沒有給大型工業消費者提供選擇，只能將處理后的廢水用于非飲用水需求。
可以將處理后的市政或工業廢水作為冷卻塔補充液再利用嗎？的確，紙漿和造紙，鋼鐵，汽車，電力和其他制造業的許多成功應用都證明了這一點。
必須評估冷卻塔補給的潛在來源，以確定其是否適合冷卻塔補給。特別是廢水在以下方面提出了一些挑戰：
· 溶解和懸浮的固體（總固體）
· 微生物
· 有機物
· 氮氨
· 磷酸鹽
· 重金屬
盡管化學分析可以量化每種雜質的濃度，但廢水的質量往往會隨時間變化。因此，應在延長的時間內對幾個樣品進行分析，以評估典型濃度和最大濃度水平。
必須對冷卻塔系統進行評估，以預測處理后的廢水將對系統冶金產生的影響。在熱交換器和低流量區域中沉積磷酸鈣和碳酸鈣會阻礙傳熱并促進沉積不足的腐蝕。氮氨對銅和黃色金屬合金具有侵蝕性。已知高氯化物含量會促進不銹鋼的點蝕。pH和堿度對鍍鋅鋼腐蝕的影響應進行審查。這些和其他潛力必須包括在項目可行性研究中，以避免水垢沉積，腐蝕，微生物生長和結垢的意外后果。
改變冷卻塔補給源可能會影響濃縮周期（COC）。COC是補充液中的雜質濃度與循環冷卻水中相同雜質之間的比率。補充電導率為300微歐/厘米，相應的冷卻水電導率為900的冷卻塔在3個濃縮周期內運行。補充水濃度過高時，溶解的固體會導致在熱交換器，分配管道和冷卻塔中形成沉積物并腐蝕。低循環運行會增加補充需求。就最大化效率和控制成本而言，確定最佳COC至關重要。
關于處理過的工業廢水的再利用，降低COC以最大程度地減少水垢和腐蝕問題并不一定是不利的情況，因為在啟動再生項目之前已經將廢水排放到了排水系統中。主要考慮因素應該是通過廢水再利用而使凈取水量凈減少。
使用廢水作為補充劑通常需要對通常與更高質量的淡水源一起使用的傳統水處理方案進行修改。當使用備用化妝品時，應評估防垢劑，緩蝕劑和殺菌劑，以確定其功效。通常，由于有機物和微生物營養素的濃度較高，對氧化性殺菌劑（如氯或溴）的需求可能會增加。但是，由于廢水中已經含有磷酸鹽，因此對磷酸鹽等腐蝕抑制劑的需求可能會減少。
如前所述，采用常規活性污泥，膜生物反應器（MBR）或其他處理方法后，可采用膜工藝來提高工廠廢水的質量。微濾，超濾和反滲透可大大降低鈣硬度，磷酸鹽，堿度，氯化物，氨，細菌和病毒的水平。膜處理具有多個優點，因為在冷卻塔之前消除了處理后廢水中發現的許多麻煩雜質。因此，塔可以在更高的濃縮循環下運行，從而減少了補充需求和水處理化學藥品的消耗。但是，膜分離設備的資金成本很高，
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