膜生物反應(yīng)器中水回用研究現(xiàn)狀

王仲旭，鄭艷芬，李國(guó)會(huì)，羅 朝，溫 娟

（中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

Wang Zhongxu， Zheng Yanfen， LiGuohui， Luo Zhao， Wen Juan

（Environmental Management College of China， Qinhuangdao Hebei 066004，China）

膜生物反應(yīng)器中水回用研究現(xiàn)狀

王仲旭，鄭艷芬，李國(guó)會(huì)，羅 朝，溫 娟

（中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

膜生物反應(yīng)器（MBR）在中水回用中具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)分析我國(guó)中水回用的現(xiàn)狀，指出中水回用的必要性，介紹了MBR在污水處理中的研究及應(yīng)用，對(duì)膜生物反應(yīng)器的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益做了分析，并指出了今后膜生物反應(yīng)器中水處理的應(yīng)用前景。

膜生物反應(yīng)器；中水；效益分析；發(fā)展前景

Wang Zhongxu， Zheng Yanfen， LiGuohui， Luo Zhao， Wen Juan

（Environmental Management College of China， Qinhuangdao Hebei 066004，China）

水資源短缺與水環(huán)境污染嚴(yán)重是全球淡水資源領(lǐng)域面臨的主要問(wèn)題，也是中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中遇到的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。我國(guó)的平均水重復(fù)利用率在40%左右，而發(fā)達(dá)國(guó)家在75%～85%[1]，中水回用是目前緩解水資源短缺的重要方法之一。城市中水深度處理回用在嚴(yán)重缺水的中東、非洲地區(qū)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的北美、西歐已成功應(yīng)用多年，研究成果頗豐。我國(guó)在城市污水回用方面的研究起步較晚。已經(jīng)建成的中水回用工程多以傳統(tǒng)處理工藝為主，應(yīng)用膜生物反應(yīng)器技術(shù)（MBR）的大型工程實(shí)例還較少。膜生物反應(yīng)器技術(shù)自20世紀(jì)90年代引入我國(guó)后，受到業(yè)內(nèi)的重視并開(kāi)展了廣泛的研究，是目前最具潛力的廢水資源化再生利用技術(shù)之一。

1 MBR在中水回用中的優(yōu)勢(shì)

MBR在水處理中的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1.1 運(yùn)行管理方便

用膜吸作用進(jìn)行泥水分離，污泥膨脹不會(huì)影響泥水分離，運(yùn)行方便。

1.2 占地面積小

活性污泥濃度一般在8 000～12 000mg/L，且不需生化沉淀池，大大減少了占地面積和土建投資。MBR工藝的土建占地約為傳統(tǒng)工藝的1/3。

1.3 處理水質(zhì)穩(wěn)定

MBR能夠截留幾乎所有微生物，尤其是針對(duì)難以沉淀的、增殖速度慢的微生物，因此系統(tǒng)內(nèi)的生物相極大豐富，活性污泥馴化、增量的過(guò)程大大縮短，處理的深度和系統(tǒng)抗沖擊的能力得以加強(qiáng)，處理水質(zhì)穩(wěn)定。

1.4 泥齡長(zhǎng)

膜分離使污水中的大分子難降解成分，在體積有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，大大提高了難降解有機(jī)物的降解效率。反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長(zhǎng)泥齡下運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)基本無(wú)剩余污泥排放[2]。

2 MBR中水回用的研究現(xiàn)狀

2.1 液中膜MBR中水回用

液中膜MBR技術(shù)是板式膜與活性污泥生物反應(yīng)器的高級(jí)組合，膜面附著一層主要由微生物及其代謝產(chǎn)物組成的二次動(dòng)態(tài)膜，二次動(dòng)態(tài)膜可以阻止污染物與膜面直接接觸，截留一部分可引起膜孔污染的細(xì)小顆粒及溶解性物質(zhì)，起到減少膜孔堵塞、緩解膜污染的作用。司亞安[3]等人采用日本板式微濾膜研究了液中膜MBR對(duì)小區(qū)生活污水進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:系統(tǒng)出水BOD5、NH3-N含量分別低于5mg/L和2.4mg/L，懸浮物與總大腸菌含量已達(dá)檢測(cè)不出的程度，出水無(wú)色無(wú)味，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均優(yōu)于GB/T 18920—2002《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)。廢水處理運(yùn)行總成本約為1.30元/m3。

2.2 BF-MBR組合工藝中水回用

一般采用傳統(tǒng)好氧生物法作為前處理，后面加膜生物反應(yīng)器進(jìn)行處理。顧小紅[4]等人利用BF-MBR對(duì)國(guó)電內(nèi)蒙古東勝熱電廠污水進(jìn)行處理并回用于冷卻水系統(tǒng)。利用生化過(guò)濾單元去除水中的大部分有機(jī)污染物和懸浮顆粒物，減輕后續(xù)膜過(guò)濾單元的運(yùn)行負(fù)荷，提高膜通量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:出水COD<20mg/L，BOD<10mg/L，氨氮<5mg/L，總磷<0.5mg/L，濁度<0.5mg/L。運(yùn)行成本1.5元/m3。

2.3 PF-MBR組合工藝中水回用

鐵氧體粉末膜生物反應(yīng)器（PF-MBR） 主要利用鐵氧體粉末吸附、磁場(chǎng)的效能和膜生物反應(yīng)器的生物降解及過(guò)濾作用。趙如金[5]博士對(duì)PF-MBR處理生活污水的研究表明:加入鐵氧體粉末能明顯提高生物反應(yīng)器對(duì)COD及NH3-N的去除率，但對(duì)TN和TP的去除效果影響不大；添加鐵氧體粉末能在一定程度上延緩膜污染；出水可滿足城市景觀和農(nóng)田灌溉用水。

2.4 A/O-MBR組合工藝中水回用

近年來(lái)隨著生活水平的提高，生活污水含氮量越來(lái)越高，增加了生活污水處理的難度。王之暉[6]等人研究了膜生物反應(yīng)器處理低碳氮比、高氨氮生活污水回用，主要對(duì)強(qiáng)化缺氧/好氧+膜生物反應(yīng)器（A/O+MBR）組合工藝系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和處理效果進(jìn)行中試研究。結(jié)果表明:在A/O工藝中引入纖毛填料，強(qiáng)化了組合工藝去除有機(jī)物及氨氮的效果，緩解了膜組件污染。處理系統(tǒng)對(duì)BOD5、CODCr、氨氮及SS的平均去除率分別達(dá)97.4%，87.2%，97.5%和100%。TN和TP去除率較低，分別為28.5%和26.8%，處理水可作為城市綠化及農(nóng)田灌溉用水。

綜上，可以看出MBR對(duì)住宅小區(qū)、高校生活污水、工業(yè)清潔下水等的中水處理具有較好的效果，具備大規(guī)模推廣的可行性。

3 MBR中水回用效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

污水經(jīng)過(guò)深度處理后用作雜用水，雖要增加工程建設(shè)投資，但中水就近回用，輸送距離短，由于減少了城市供水量和排水量，從而減輕了城市給水排水管網(wǎng)和處理工程的負(fù)荷。使用中水就等于少用自來(lái)水，同時(shí)減少污水排出，這樣一定程度上減少了取水和污水處理的費(fèi)用以及上下水管道的建設(shè)及維護(hù)費(fèi)用，對(duì)于城市給水排水建設(shè)的總投資是經(jīng)濟(jì)的。國(guó)內(nèi)外實(shí)踐證明，開(kāi)辟再生污水水源，經(jīng)濟(jì)上低于開(kāi)發(fā)其它水源。

MBR中水回用的費(fèi)用主要包括:膜通量的高低、膜壽命的長(zhǎng)短、膜價(jià)格的高低。就目前來(lái)說(shuō)，膜還有相當(dāng)大的降價(jià)空間，隨著膜材料的改進(jìn)和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，膜價(jià)格有望降到目前的40%～60%。隨著膜性能的提高、使用壽命的延長(zhǎng)與膜價(jià)格的降低，MBR的運(yùn)行費(fèi)用有望降低到1.0元/m3左右。楊輝[7]對(duì)MBR在中水處理中的應(yīng)用做了經(jīng)濟(jì)分析，得出在達(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。同濟(jì)大學(xué)的張明[8]等人對(duì)石家莊某高校MBR中水回用做了經(jīng)濟(jì)分析，污水量515m3/d，電費(fèi)0.697元/m3，藥劑費(fèi)0.066元/m3，管理費(fèi) 0.129元/m3，設(shè)備維修費(fèi)0.025元/m3，折舊費(fèi)按20 a為0.422元/m3，總運(yùn)營(yíng)成本為1.339元/m3，每年節(jié)約水費(fèi)65.82萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.2 環(huán)境效益

中水回用的環(huán)境效益具體體現(xiàn)在:可減少地下水開(kāi)采量，減輕對(duì)地下水的污染，有效緩解因地下水超采而引發(fā)的地表沉降等環(huán)境問(wèn)題；有利于減輕對(duì)天然地表水的開(kāi)發(fā)，緩解天然河流缺水、斷流問(wèn)題，進(jìn)而減輕因河流缺水而造成的其它環(huán)境問(wèn)題；可以減少污水的排放，減少COD和氨氮等污染物進(jìn)入環(huán)境。

4 MBR中水回用的前景

目前國(guó)家已經(jīng)出臺(tái)相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)并規(guī)范中水回用和膜生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和使用，比如建設(shè)部出臺(tái)的《住宅性能評(píng)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50362－2005中要求建筑面積5萬(wàn)m2以上的住宅小區(qū)須有中水回用設(shè)施；《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50378－2006關(guān)于住宅建筑等級(jí)評(píng)價(jià)中規(guī)定:要達(dá)到節(jié)水與水資源利用指標(biāo)的優(yōu)選項(xiàng)，中水利用率不小于30%。另外環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司已經(jīng)發(fā)布了《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求——膜生物反應(yīng)器（征求意見(jiàn)稿）》，規(guī)定了膜生物反應(yīng)器的制造加工、材料選用、部件配置、電氣安全以及出水水質(zhì)等要求，為指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)，適用于生活污水和可生化處理工業(yè)廢水的處理或回用工程使用的膜生物反應(yīng)器?！董h(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求——中空纖維膜生物反應(yīng)器組器（征求意見(jiàn)稿）》規(guī)定了中空纖維膜生物反應(yīng)器組器技術(shù)要求、試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則等，適用規(guī)模為20～2 000m3/d?！赌ど锓磻?yīng)器法污水處理工程技術(shù)規(guī)范（征求意見(jiàn)稿）》對(duì)整體的工程設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的規(guī)定。這些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的不斷出臺(tái)，促進(jìn)了膜生物反應(yīng)器中水處理的規(guī)范化、規(guī)?；?。

膜生物反應(yīng)器自控水平高，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需太多管理人員就能保證中水站運(yùn)行良好，以膜生物反應(yīng)器為核心的新型中水處理技術(shù)在中水回用領(lǐng)域?qū)?huì)擁有廣闊的市場(chǎng)前景。

[1]宋俊紅.中水回用技術(shù)研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010（24）:309.

[2]馬皆文，張雁秋，華素蘭.MBR的工藝優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用發(fā)展[J].能源環(huán)境保護(hù)，2005，19（2）:20-23.

[3]司亞安，孫艷玲.液中膜MBR工藝在中水處理中的工程應(yīng)用[J].環(huán)境工程，2011，29（1）:51-54.

[4]顧小紅，徐志清，趙軍，等.城市中水回用技術(shù)研究[J].技術(shù)與應(yīng)用，2011（2）:59-61.

[5]趙如金.PF-MBR處理城市生活污水及其膜污染控制[D].江蘇:江蘇大學(xué)，2009.

[6]王之暉，宋乾武，王文君，等.組合MBR工藝中試系統(tǒng)處理高氨氮生活污水[J].環(huán)境科學(xué)研究，2010，23（12）:1535-1540.

[7]楊輝.MBR處理工藝及其在中水回用中的實(shí)踐[J].山西建筑，2010，36（20）:176-177.

[8]張明，李偉英，方火明，等.高校建設(shè)中水回用系統(tǒng)的可行性研究[J].凈水技術(shù)，2009，28（2）:57-59.

Research Status of Membrane Bioreactor in Reclaimed Water Reuse

There are incomparable advantages of membrane bioreactor in reclaimed water reuse.This paper analyzed the research and application of reclaimed water reuse in China,and introduced the necessity of water reuse,and analyzed the environmental and economic benefits of membrane bioreactor in reclaimed water reuse,and pointed out the prospect in reclaimed water reuse of membrane bioreactor.

membrane bioreactor； reclaimed water； benefit analysis； prospect

X703.1

A

1008-813X（2011）06-0069-03

10.3969/j.issn.1008-813X.2011.06.018

2011-10-21

秦皇島市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“膜生物反應(yīng)器處理生活污水回用研究”（201001A177）；河北省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目“膜生物反應(yīng)器與接觸氧化組合工藝研究”（Z2007420）

王仲旭（1980-），男，河北辛集人，畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，碩士，講師，研究方向:水污染控制工程。