MBR處理工藝及其在中水回用中的實(shí)踐

楊 輝

水資源的合理利用和保護(hù),是全世界面臨的共同話題,我國水資源更是短缺。目前全國600多座城市中,400多座城市缺水,其中有100多座城市嚴(yán)重缺水;污水回用率僅為發(fā)達(dá)國家的25%,所以有必要將中水回用政策列為建筑設(shè)計(jì)的強(qiáng)制條文,并為MBR等在中水回用中的實(shí)踐提供了很好的土壤。

1 膜—生物反應(yīng)器及應(yīng)用現(xiàn)狀

膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor,MBR)是一種膜分離技術(shù)與微生物學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科相結(jié)合的廢水處理新工藝,系統(tǒng)主要由膜組件、生物反應(yīng)器和流體輸送三大部分組成。

MBR處理工藝有以下優(yōu)點(diǎn):

1)出水水質(zhì)好。由于采用膜分離技術(shù),不必設(shè)立過濾等其他固液分離設(shè)備。高效的固液分離將廢水中有懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、生物單元流失的微生物菌群與已凈化的水分開,不需經(jīng)三級處理即可直接回用,具有較高的水質(zhì)安全性。

2)占地面積小。膜生物反應(yīng)器生物處理單元內(nèi)微生物維持高濃度,使容積負(fù)荷大大提高,膜分離的高效性使處理單元水力停留時(shí)間大大縮短,占地面積減少。同時(shí)膜生物反應(yīng)器由于采用了膜組件,不需要沉淀池和專門的過濾車間,系統(tǒng)占地僅為傳統(tǒng)方法的60%。

3)節(jié)省運(yùn)行成本由于MBR高效的氧利用效率和獨(dú)特的間歇性運(yùn)行方式,大大減少了曝氣設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和用電量,節(jié)省電耗。同時(shí)由于膜可濾除細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì),可顯著節(jié)省加藥消毒所帶來的長期運(yùn)行費(fèi)用,膜生物反應(yīng)器工藝不需加入絮凝劑,減少運(yùn)行成本。

國際上于20世紀(jì)90年代初期開始進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段,用于去除懸浮物,COD,BOD,TP,TN及細(xì)菌,現(xiàn)在膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝技術(shù)在單座污水處理廠的最大日處理量能達(dá)到10 000 m3/d的水平。

我國MBR的研究還不到十年,但進(jìn)展十分迅速。國內(nèi)對MBR的研究大致可分為幾個(gè)方面,現(xiàn)在主要處于擴(kuò)大MBR的應(yīng)用范圍的階段,MBR的研究對象從生活污水?dāng)U展到高濃度有機(jī)廢水(食品廢水、啤酒廢水)與難降解工業(yè)廢水(石化污水、印染廢水等),但以生活污水的處理為主。

2 MBR工藝在中水處理中的應(yīng)用

膜生物反應(yīng)器目前已進(jìn)行大量研究并投入大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用的是膜分離生物反應(yīng)器。

膜分離生物反應(yīng)器按照膜組件的放置方式可分為分體式(分置式)和一體式(浸沒式)膜生物反應(yīng)器(Submerged Membrane Bioreactor)。

分體式生物反應(yīng)器把生物反應(yīng)器與膜組件分開放置,生物反應(yīng)器的混合液經(jīng)泵增壓后進(jìn)入膜組件,在壓力作用下混合液中的液體透過膜得到系統(tǒng)出水,活性污泥則被截留,并隨濃縮液回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。

一體式系統(tǒng)則直接將膜組件置于反應(yīng)器內(nèi),通過泵的抽吸得到過濾液,膜表面清洗所需的交錯(cuò)流由空氣攪動(dòng)產(chǎn)生,曝氣器設(shè)置在膜的正下方,混合液隨氣流向上流動(dòng),在膜表面產(chǎn)生剪切力,以減少膜的污染。一體式膜生物反應(yīng)器可集沉淀過濾曝氣膜濾于一體,便于管理,優(yōu)于分體式膜生物反應(yīng)器,在工程上應(yīng)用較多。

膜生物反應(yīng)器利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子物質(zhì)截留住,活性污泥濃度因此大大提高,水力停留時(shí)間(HRT)和污泥停留時(shí)間(SRT)可以分別控制,而難降解的物質(zhì)在反應(yīng)器中不斷反應(yīng),有效降解有機(jī)物,孔隙率不大于0.08μm級膜將凈水與雜質(zhì)徹底分離,出水中SS值趨于零。絕大部分的細(xì)菌、微生物、熱源、病毒隨同它的載體一道被截留在污水中,后續(xù)消毒手段可作為殺菌的雙重保險(xiǎn),避免了傳統(tǒng)工藝可能會出現(xiàn)的水質(zhì)不合格的問題,出水水質(zhì)完全得到保證。

膜生物反應(yīng)器的前處理與后處理極其簡單,占地小,可程控化管理。MBR反應(yīng)器中的有機(jī)物在MBR池內(nèi)被自身分解氧化,基本不產(chǎn)生剩余污泥,極少需要排泥,不產(chǎn)生二次污染,僅需利用簡單的PLC技術(shù)對水位進(jìn)行自動(dòng)控制、膜污染報(bào)警及開啟相應(yīng)反洗設(shè)施即可程控化管理。因此,一體式膜生物反應(yīng)器工藝通過膜在中水處理工藝中得到廣泛的應(yīng)用。

3 MBR工藝應(yīng)用于中水處理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

本文根據(jù)我項(xiàng)目部在中水回用中的應(yīng)用實(shí)踐,以處理規(guī)模為250 m3/d的回用系統(tǒng)做初步的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析(見表1)。

表1 進(jìn)、出水水質(zhì)和水質(zhì)指標(biāo) mg/L

表2 不同種類膜的工程建設(shè)費(fèi)用

工程建設(shè)費(fèi)用=基建費(fèi)用(建筑工程費(fèi)+設(shè)備購置及安裝費(fèi)+不可預(yù)見工程費(fèi))+膜的購置費(fèi)用。

運(yùn)行費(fèi)用=設(shè)備折舊費(fèi)用(以10年計(jì))+膜更換費(fèi)用+動(dòng)力費(fèi)用+其他費(fèi)用(人員工資+維修清洗費(fèi))。

其中電費(fèi)按照0.5元/度。

由表2,表3的比較可知,在達(dá)到同等處理要求的情況下,影響MBR系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的主要因素是動(dòng)力費(fèi)用與膜的更換費(fèi)用;膜的更換費(fèi)用是影響一體式MBR系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)鍵因素;而動(dòng)力費(fèi)用是影響分離式MBR系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)鍵因素。通過總費(fèi)用的比較,一體式MBR系統(tǒng)更節(jié)約,是更可行的方案。

4 MBR工藝尚需解決的問題

近20年來經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,水污染與供水量不足已成為最嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)問題,極大地阻礙著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,在北方和西北地區(qū),水資源短缺尤為嚴(yán)重,水資源的再利用已成為當(dāng)務(wù)之急,將小區(qū)的生活污水處理后重新回用,作為雜用水(如沖廁所、洗車、綠化等),不但可緩解水資源短缺所引起的矛盾,而且保護(hù)了環(huán)境,利國利民。

表3 不同種類膜的運(yùn)行費(fèi)用

MBR在顯示出許多傳統(tǒng)工藝無法比擬的優(yōu)點(diǎn)時(shí),也暴露出一些尚需改進(jìn)的地方,這是研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。

1)膜制造技術(shù)需要進(jìn)步,膜質(zhì)量有待提高和膜制造成本需要降低,MBR的投資也會隨之降低。

2)膜受到污染而導(dǎo)致膜通量的降低,如何減緩膜污染進(jìn)程從而維持膜通量是應(yīng)用膜工藝時(shí)所面臨的一大挑戰(zhàn)。

3)雖然較高的污泥濃度能有效減小MBR的體積,但過高的污泥濃度對于MBR正常運(yùn)行是不利的,在運(yùn)行MBR時(shí)應(yīng)控制適當(dāng)?shù)奈勰酀舛取?/p>

[1] 高明遠(yuǎn).建筑中水工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1992.

[2] 姜湘山.建筑小區(qū)中水工程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

[3] 北京市城市節(jié)約用水辦公室.中水工程實(shí)例及評析[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[4] 建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)督與行業(yè)發(fā)展司.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施[M].北京:中國計(jì)劃出版社,2003.