膜生物反應(yīng)器在中水回用領(lǐng)域應(yīng)用前景

李勤軍　何玉磊　王卓藝　王志遠(yuǎn)

摘要:本文簡述了我國中水回用的必要性,分析了膜生物反應(yīng)器(MBR)特點(diǎn)及應(yīng)用于中水回用的優(yōu)勢,總結(jié)了MBR在我國中水回用中的應(yīng)用現(xiàn)狀,展望了MBR工藝在中水回用領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞:膜生物反應(yīng)器;中水回用;應(yīng)用前景

1引言

膜生物反應(yīng)器(Membrane bioreactor,MBR)是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。因其具有出水水質(zhì)良好,可滿足一般回用要求,設(shè)備緊湊,占地面積小,運(yùn)行管理方便等特點(diǎn),在回用領(lǐng)域越來越受到人們的重視,應(yīng)用日益廣泛。

2中水回用傳統(tǒng)工藝

2.1傳統(tǒng)工藝簡介

總體來講,中水處理工藝可分為以下3部分[1]:(1)前處理:主要包括除渣、沉砂、隔油和調(diào)節(jié)水量等;(2)主工藝:它是工藝的主體部分(主要有生物法和物化法兩大類);(3)后處理:主要是消毒。

通常中水回用需將多種處理技術(shù)合理組合,深度處理污水,以達(dá)到回用水水質(zhì)要求。具體來說它會因原水水質(zhì)的不同而采用不同的組合方式[2]。以生活污水回用為例,傳統(tǒng)工藝主要有以下兩種:①物化+生化處理。其基本流程為:原水→格柵→調(diào)節(jié)池→混凝或氣浮→沉淀→生物處理→沉淀→過濾→消毒→中水;②二段生化處理。其基本流程為:原水→格柵→調(diào)節(jié)池→一段生物處理→沉淀→二段生物處理→沉淀→過濾→消毒→中水。

2.2 傳統(tǒng)工藝存在的問題

針對中水回用對水質(zhì),安全衛(wèi)生條件,操作管理等要求,傳統(tǒng)中水工藝在應(yīng)用中存在以下問題:①對水質(zhì)、水量的突變不易適應(yīng),出水水質(zhì)易波動;②構(gòu)筑物多,容積負(fù)荷低,占地面積大;③基建費(fèi)用高,一次性投資大;④易發(fā)生污泥膨脹、濾料堵塞、散發(fā)臭味、影響環(huán)境衛(wèi)生狀況等;⑤對負(fù)荷、環(huán)境條件、生物量等許多因素的影響敏感,工藝操作要求嚴(yán)格,運(yùn)行管理較難。

3膜生物反應(yīng)器工藝

3.1 膜生物反應(yīng)器工藝概述

MBR工藝是一種簡潔、高效的污水處理與回用新工藝。在該工藝中,具有高效固液分離性能的膜組件取代了傳統(tǒng)工藝中龐大的二沉池。由于膜單元的引入,系統(tǒng)處理效率大大提高,穩(wěn)定性得到加強(qiáng)。其典型工藝流程如圖1所示。

3.2 膜生物反應(yīng)器工藝特點(diǎn)

與傳統(tǒng)工藝相比,MBR工藝克服了其出水水質(zhì)不夠穩(wěn)定、污泥容易膨脹等不足,具有以下特點(diǎn):

污染物去除率高,出水水質(zhì)好,穩(wěn)定;同時,其出水濁度低,通常小于2NTU,細(xì)菌和病毒去除率高,基本上保證了出水的衛(wèi)生安全,一般情況下可直接回用。

工藝流程簡單,構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小。由于膜技術(shù)的引入,大大提高了MBR的容積負(fù)荷,同時省去了傳統(tǒng)工藝中的二沉池,因此其占地面積較傳統(tǒng)工藝大幅減小。

剩余污泥產(chǎn)量少,污泥處理費(fèi)用低。MBR內(nèi)的污泥濃度高,可維持在10～20g/L,使得F/M值較低,從而污泥產(chǎn)量低[3]。

MBR實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器HRT和SRT的完全分離,整個系統(tǒng)不受污泥膨脹等因素的影響[4],系統(tǒng)運(yùn)行控制靈活、穩(wěn)定,易于實(shí)現(xiàn)自動化,操作管理方便。

MBR設(shè)備布置可集中可分散,具有靈活性,可實(shí)現(xiàn)污水就地處理與回用。

3.3 膜生物反應(yīng)器工藝應(yīng)用于中水回用的優(yōu)勢

由于受使用目的和城市建筑限制,一般要求回用水必須要有良好的水質(zhì),不能產(chǎn)生衛(wèi)生、安全上的問題,不能有視覺上或嗅覺上的不快感,同時要求處理系統(tǒng)簡單,占地少,穩(wěn)定性高,且易于管理[4]。MBR工藝正是具備了這些特點(diǎn),而在中水回用中有著很大的優(yōu)勢:①出水水質(zhì)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝,可直接回用;②抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),出水穩(wěn)定,基本不受來水水質(zhì)、水量波動的影響;③占地面積較傳統(tǒng)工藝大幅減小,節(jié)省了用地;④工藝簡捷,基本不會產(chǎn)生環(huán)境衛(wèi)生問題,尤其是當(dāng)回用設(shè)施位于城區(qū)或人口聚居區(qū)時,這一優(yōu)勢將更加明顯;⑤工藝操作要求沒有傳統(tǒng)工藝那么嚴(yán)格,管理方便,在環(huán)境保護(hù)專業(yè)人員緊缺的情況下,其不失為一種好的選擇;⑥易于實(shí)現(xiàn)就地回用,特別是對于一些給排水管網(wǎng)、處理設(shè)施等還不健全,但有回用需求的地區(qū),MBR工藝無疑是最優(yōu)選擇。

4膜生物反應(yīng)器在我國回用領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國對MBR污水處理新工藝的研究始于20世紀(jì)90年代中期。雖然起步較晚,但近年來發(fā)展迅速。尤其是隨著我國污水資源化市場需求的不斷擴(kuò)大,MBR在污水處理及回用中的應(yīng)用愈加廣泛。其工程應(yīng)用正日益增多,規(guī)模不斷擴(kuò)大,回用水源也超出了傳統(tǒng)的中水水源,已涉及到了工業(yè)污水領(lǐng)域,且處理能力由每天幾十噸擴(kuò)大到幾千噸甚至幾萬噸[5],如目前國內(nèi)正在運(yùn)行的最大MBR廢水資源化工程--北京密云縣再生水廠回用工程(45000m3/d)、運(yùn)行中的徐州卷煙廠污水處理及中水回用工程(2000m3/d)、巴陵石化污水處理與回用工程(7200m3/d)、建設(shè)中的北京北小河MBR污水處理與回用工程(60000m3/d)等。這表明我國的MBR設(shè)計能力、工程建設(shè)能力和運(yùn)行管理技術(shù)已具備較高水平,其市場應(yīng)用前景越來越廣闊。

5結(jié)語

結(jié)合我國目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和MBR工藝的特點(diǎn),其在下列領(lǐng)域具有推廣應(yīng)用的潛力:高層建筑、大型賓館、洗浴中心等單體建筑的中水回用;學(xué)校、企事業(yè)單位等的集中辦公區(qū)或生活區(qū)的污水回用;住宅小區(qū)中水回用;大區(qū)域內(nèi)的生活污水或城市污水的處理與回用;原有污水處理廠或處理設(shè)施的升級改造(技術(shù)改造、規(guī)模升級、出水水質(zhì)提高或進(jìn)行回用等)。

在中水回用已成為世界范圍內(nèi)大趨勢的今天,MBR作為一種新型高效的污水處理與回用工藝,在水資源短缺,水體污染日益嚴(yán)重,環(huán)境意識不斷增強(qiáng)的情況下蘊(yùn)藏著巨大的生機(jī)。伴隨著科技的發(fā)展以及對MBR研究與應(yīng)用的日益深入,MBR的技術(shù)應(yīng)用必將日趨成熟和完善,我們有理由相信,其投資、運(yùn)行費(fèi)用也會大幅降低。加之目前MBR已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn),其市場規(guī)模正以前所未有的速度不斷擴(kuò)大。因此,可以預(yù)見,膜生物反應(yīng)器作為中水回用的實(shí)用技術(shù)將越來越具有技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上的競爭優(yōu)勢,其應(yīng)用前景將十分廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1] 張林妹,胡彩霞,杜鴻等. 中水回用現(xiàn)狀與發(fā)展前景. 水科學(xué)與工程技術(shù),2008,1:1-3

[2] 黃明祝,周琪,李詠梅. 中水回用及展望. 再生資源研究,2003,5:19-21

[3] 楊造燕,匡志花,顧平,等. 膜生物反應(yīng)器無剩余污泥排放的研究. 城市環(huán)境與城市生態(tài),1999,12(1):16-18

[4] 黃霞,桂萍,范曉軍,等. 膜生物反應(yīng)器廢水處理工藝的研究進(jìn)展. 環(huán)境科學(xué)研究,1998,11(1):40-44

[5] 黃霞,曹斌,文湘華,等. 膜-生物反應(yīng)器在我國的研究與應(yīng)用新進(jìn)展. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2008,28(3):416-432

作者簡介:李勤軍,1982年出生,西安建筑科技大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)在讀碩士研究生;王志遠(yuǎn),1948年出生,西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院,教授;何玉磊,1985年出生,北京國環(huán)清華環(huán)境工程設(shè)計研究院,工程師;王卓藝,1982年出生,北京國環(huán)清華環(huán)境工程設(shè)計研究院,工程師。