膜生物反應(yīng)器（MBR）在處理生活污水中的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)

摘 要：北京某兩個(gè)小區(qū)的中水處理工程，兩個(gè)項(xiàng)目的處理水量均為200 t/d，原水水質(zhì)均為優(yōu)質(zhì)雜排水，經(jīng)過(guò)處理后達(dá)到回用水沖廁水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 18920-2002），一個(gè)選用傳統(tǒng)生物接觸氧化工藝，一個(gè)選用膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝。本人親身參與設(shè)計(jì)方案、施工圖的繪制、現(xiàn)場(chǎng)安裝、運(yùn)行調(diào)試、運(yùn)行后的維護(hù)以及問(wèn)題的解決。兩種工藝的工程均建成并穩(wěn)定運(yùn)行兩年后，各種指標(biāo)均達(dá)標(biāo)國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，研究這兩種工藝在處理生活污水方面的運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析并總結(jié)出膜生物反應(yīng)器（MBR）在處理生活污水中的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)。以現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際參數(shù)為依據(jù)，并結(jié)合建成后的運(yùn)行維護(hù)，包括兩種工藝的占地面積、工藝流程、設(shè)備的選擇、總裝機(jī)功率、運(yùn)行費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、日常出現(xiàn)的問(wèn)題等數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。最后得出了膜生物反應(yīng)器在處理生活污水中具有出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定、剩余污泥產(chǎn)量小、占地面積小，不受場(chǎng)地因素限制、操作管理方便，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也存在初期投資成本高，當(dāng)膜受到有機(jī)或者無(wú)機(jī)污堵時(shí)，清洗較為麻煩，鼓風(fēng)機(jī)選型較大，噪音較高，耗電量較大等劣勢(shì)。

關(guān)鍵詞：膜生物反應(yīng)器 生物接觸氧化工藝 中水回用 對(duì)比

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3971（2012）12（a）-0103-04

在人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)中，都離不開(kāi)水，水的重要性越來(lái)越受到人們的關(guān)注，它是地球上一切生命賴以生存的基礎(chǔ)，同時(shí)，也是大自然中不可或缺的一項(xiàng)重要資源。但是，“水資源危機(jī)”已經(jīng)在世界上許多國(guó)家和地區(qū)上出現(xiàn)，根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)和有關(guān)專家預(yù)測(cè)，在本世紀(jì)末，尤其是下世紀(jì)初，“水資源危機(jī)”會(huì)成為各類資源危機(jī)之首，人類對(duì)水資源的保護(hù)迫在眉睫。

近年來(lái)，由于城市人口數(shù)量增加以及工業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是人們生活水平的提高以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用水量也隨之增大。但是，世界上的水資源是有限的，而且這有限的資源如今仍在消耗，需求與供給長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)得不到平衡，矛盾日益突出和明顯，導(dǎo)致了世界上幾乎每個(gè)國(guó)家都即將面臨的“水危機(jī)”。

為了緩解水危機(jī)，世界上許多國(guó)家一方面在宣傳節(jié)水的重要性，培養(yǎng)人們的節(jié)水意識(shí)，另一方面在研究城市廢水再生與回用工作。所謂城市廢水回用，就是把城市居民生活和生產(chǎn)中的廢水通過(guò)各種有效措施進(jìn)行處理后回用。特別是對(duì)中水的利用，所謂中水，就是不與人體直接接觸的雜用水，是將人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)中用過(guò)的優(yōu)質(zhì)雜排水、雜排水以及生活污（廢）水經(jīng)集流再生處理后回用，充當(dāng)?shù)孛媲鍧崱不ā⑾窜?、空調(diào)冷卻、沖洗便器、消防等。中水的水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)低于城市給水中飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但又高于污水允許排入地面水體排放標(biāo)準(zhǔn)。

中水開(kāi)發(fā)與回用技術(shù)近期得到了迅速發(fā)展，在美國(guó)、日本、印度、英國(guó)等國(guó)家（尤以日本為突出）得到了廣泛的應(yīng)用。這些國(guó)家均以本國(guó)度、區(qū)域的特點(diǎn)確定出適合其國(guó)情國(guó)力的中水回用技術(shù)，使中水回用技術(shù)越來(lái)越臻于完善。在我國(guó)，這一技術(shù)已受到各級(jí)政府及有關(guān)部門重視并對(duì)建筑中水回用做了大量理論研究和實(shí)踐工作，在全國(guó)許多城市如深圳、北京、青島、天津、太原等開(kāi)展了中水工程的運(yùn)行并取得了顯著的效果[1]。

1 生活污水處理工藝的介紹

論文分析討論的是針對(duì)生活污水的處理，處理后達(dá)到小區(qū)沖廁要求的兩種不同工藝，探討膜生物處理工藝（MBR）在中水處理工程中的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，下面對(duì)兩種不同工藝做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

1.1 傳統(tǒng)生物接觸氧化工藝

生物接觸氧化法是生物膜法的主要設(shè)施之一，生物膜法是一大類生物處理法的統(tǒng)稱，其主要利用附著生長(zhǎng)于某些固體物表面的微生物（即生物膜）進(jìn)行有機(jī)污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動(dòng)物以及藻類等組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著的固體介質(zhì)稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為厭氣層、好氣層、附著水層、運(yùn)動(dòng)水層。其原理是，生物膜首先吸附附著水層有機(jī)物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進(jìn)入?yún)挌鈱舆M(jìn)行厭氣分解，流動(dòng)水層則將老化的生物膜沖掉以生長(zhǎng)新的生物膜，如此往復(fù)以達(dá)到凈化污水的目的。老化的生物膜不斷脫落下來(lái)，隨水流入二次沉淀被沉淀去除。

生物接觸氧化池內(nèi)設(shè)置填料，填料淹沒(méi)在廢水中，填料上長(zhǎng)滿生物膜，廢水與生物膜接觸過(guò)程中，水中的有機(jī)物被微生物吸附、氧化分解和轉(zhuǎn)化為新的生物膜。從填料上脫落的生物膜，隨水流到二沉池后被去除，廢水得到凈化。在接觸氧化池中，微生物所需要的氧氣來(lái)自水中，而廢水則自鼓人的空氣不斷補(bǔ)充失去的溶解氧?？諝馐峭ㄟ^(guò)設(shè)在池底的穿孔布?xì)夤苓M(jìn)入水流，當(dāng)氣泡上升時(shí)向廢水供應(yīng)氧氣，有時(shí)并借以回流池水。

1.2 膜生物反應(yīng)器（MBR）

膜-生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor，MBR）為膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合之新型態(tài)廢水處理系統(tǒng)。以膜組件取代傳統(tǒng)生物處理技術(shù)末端二沉池，在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機(jī)負(fù)荷，從而減少污水處理設(shè)施占地面積，并通過(guò)保持低污泥負(fù)荷減少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池內(nèi)之膜分離設(shè)備截留槽內(nèi)的活性污泥與大分子有機(jī)物。膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)活性污泥（MLSS）濃度可提升至8000～10000 mg/L，甚至更高；污泥齡（SRT）可延長(zhǎng)至30天以上[2]。

固液分離型膜-生物反應(yīng)器是在水處理領(lǐng)域中研究得最為廣泛深入的一類膜-生物反應(yīng)器，是一種用膜分離過(guò)程取代傳統(tǒng)活性污泥法中二次沉淀池的水處理技術(shù)。在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運(yùn)行狀況，改善污泥沉降性必須嚴(yán)格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在1.5～3.5 g/L左右，從而限制了生化反應(yīng)速率。水力停留時(shí)間（HRT）與污泥齡（SRT）相互依賴，提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的25%～40%。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質(zhì)惡化。針對(duì)上述問(wèn)題，MBR將分離工程中的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌（特別是優(yōu)勢(shì)菌群）的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率。同時(shí)，通過(guò)降低F/M比減少剩余污泥產(chǎn)生量（甚至為零），從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問(wèn)題。

2 實(shí)際工程的應(yīng)用

2.1 工程項(xiàng)目的概況

選取兩個(gè)親身參與的工程項(xiàng)目，說(shuō)明并對(duì)比兩種工藝。表1為工程原水水質(zhì)情況，表2為工程出水水質(zhì)指標(biāo)[3]。（如表1表2）

2.2 工程項(xiàng)目的簡(jiǎn)介

（1）北苑家園小區(qū)中水處理工程。

北苑家園小區(qū)中水處理工程位于北京市昌平區(qū)北苑家園小區(qū)，采用傳統(tǒng)生物接觸氧化工藝處理，原水為優(yōu)質(zhì)雜排水，水量為200 m3/d，處理要求達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，用于沖洗廁所、洗車及小區(qū)綠化。工程于2007年6月份完工，至于已經(jīng)運(yùn)行4年6個(gè)月。

處理工藝流程圖如圖1所示。

（2）石景山萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)中水處理工程。

萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)中水處理位于石景山區(qū)，原水水質(zhì)為優(yōu)質(zhì)雜排水，水量為200 m3/d，要求達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)，回用于沖洗廁所、洗車及綠化。處理工藝采用膜生物反應(yīng)器，膜組件采用的為德國(guó)邁納德平板膜組件BIO-CEL。工程于2009年3月份完工，至今運(yùn)行2年9個(gè)月。

處理工藝流程圖如圖2所示。

3 兩種工藝的數(shù)據(jù)分析及對(duì)比

3.1 占地面積

萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)中水處理機(jī)房面積為：168.6 m3。

北苑家園中水處理機(jī)房面積為：252.7 m3。

前者占地面積約為后者的67%。

3.2 處理水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

（1）COD的去除（如圖3圖4）。

從兩種工藝對(duì)COD去除的對(duì)比來(lái)看，石景山萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)膜生物反應(yīng)器出水水質(zhì)明顯優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定，平均出水COD為16.88 mg/L， 平均去除率87.71%。雖然原水COD變化較大，出水水質(zhì)均能保持在40 mg/L以下。北苑家園生物接觸氧化工藝出水雖然也能滿足中水標(biāo)準(zhǔn)，但平均出水COD較高，為38.19 mg/L，平均COD去除率71.91%并且變化較大，出水明顯受原水水質(zhì)狀況的影響。

（2）氨氮的去除（如圖5圖6）。

建設(shè)部新頒布的生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氨氮要求，對(duì)洗車和沖廁，要求小于10 mg/L，對(duì)綠化要求小于20 mg/L。膜生物反應(yīng)器對(duì)氨氮有很好的去除效果，出水平均氨氮為1.94 mg/L，去除率達(dá)86%，接觸氧化法工藝氨氮去除效果較差，出水氨氮平均5.56 mg/L，去除率59.45%。由于膜分離對(duì)硝化細(xì)菌的高效截留作用，生物反應(yīng)器內(nèi)可以維持高濃度的硝化細(xì)菌，因此可以獲得非常高的硝化效果，氨氮去除率可以達(dá)到85%以上。

3.3 工程經(jīng)濟(jì)性能分析

（1）投資經(jīng)濟(jì)性分析（如表3）。

膜生物反應(yīng)器投資明顯高于生物接觸氧化工藝，噸水投資約高出33%左右，主要是設(shè)備投資明顯增大，前者要比后者設(shè)備投資高出48%。但從設(shè)備占地面積看，前者只有后者的一半。如果將占地所產(chǎn)生的成本折算，應(yīng)可抵消一部分膜生物反應(yīng)器的設(shè)備投資增加部分。

（2）運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

影響中水系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的因素較多，包括：電力消耗、藥劑使用量、設(shè)備維護(hù)、人員等，尤其是膜生物反應(yīng)器，受膜組件的影響較大，膜壽命、膜價(jià)格是其中最關(guān)鍵因素，膜壽命：膜的使用年限越長(zhǎng)，膜的折舊費(fèi)用越低；膜壽命的延長(zhǎng)、膜價(jià)格降低均可大幅度降低膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)與處理規(guī)模有關(guān)，處理規(guī)模越大，其噸水成本越低。（如表4）

從兩種工藝的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析來(lái)看，采用膜生物反應(yīng)器的萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)中水處理運(yùn)行費(fèi)用是北苑家園小區(qū)的90.72%。

3.4 其他方面分析

（1）運(yùn)行噪音。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比分析，采用膜生物反應(yīng)器工藝的處理流程需要大風(fēng)量的鼓風(fēng)機(jī)，羅茨風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪音明顯要比采用傳統(tǒng)生物接觸氧化工藝的風(fēng)機(jī)噪音量大，而且傳統(tǒng)生物接觸氧化工藝還可采用水下曝氣機(jī)的方式對(duì)生物填料鼓風(fēng)，可以進(jìn)一步減少噪音污染。為了降低噪音污染，在采用膜生物反應(yīng)器的處理機(jī)房會(huì)設(shè)置了隔音效果較好材質(zhì)的鼓風(fēng)機(jī)房，最大程度降低羅茨風(fēng)機(jī)帶來(lái)的噪聲。

（2）運(yùn)行維護(hù)及更換。

在兩個(gè)工程運(yùn)行一年時(shí)，分別對(duì)兩個(gè)工程進(jìn)行維護(hù)。

北苑家園小區(qū)采用傳統(tǒng)生物接觸氧化法工藝，維護(hù)時(shí)需要清理池底淤泥，檢查生物填料上的生物膜是否有較大規(guī)模的脫落現(xiàn)象。檢查中發(fā)現(xiàn)，由于平時(shí)運(yùn)行良好，基本上沒(méi)有維護(hù)、更換工作。

萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)中水處理工程采用膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝，在運(yùn)行8個(gè)月時(shí)，出現(xiàn)二級(jí)提升泵壓力明顯增大，產(chǎn)水量下降的現(xiàn)象，這是由于運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生了膜污堵的情況，對(duì)MBR膜組件進(jìn)行了一次酸洗的維護(hù)過(guò)程，使用檸檬酸對(duì)內(nèi)膜腔進(jìn)行灌注，浸泡一段時(shí)間后，用自吸泵將清洗液抽出。在清洗膜的過(guò)程中，需要排放MBR池內(nèi)的所有污水，用清水對(duì)外膜進(jìn)行清洗，確保沒(méi)有雜質(zhì)堵塞外膜。清洗時(shí)間較長(zhǎng)，需要操作人員有一定的技術(shù)要求。

經(jīng)過(guò)比較，膜生物反應(yīng)器工藝在維護(hù)中，比傳統(tǒng)生物接觸氧化工藝較麻煩。

4 結(jié)論

通過(guò)采用兩個(gè)不同工藝流程的中水回用處理工程運(yùn)行結(jié)果及數(shù)據(jù)分析后表明，膜生物反應(yīng)器（MBR）在處理生活污水中具有出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定、剩余污泥產(chǎn)量小、占地面積小，不受場(chǎng)地因素限制、操作管理方便，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也存在初期投資成本高，當(dāng)膜受到有機(jī)或者無(wú)機(jī)污堵時(shí)，清洗較為麻煩，鼓風(fēng)機(jī)選型較大，噪音較高，耗電量較大等劣勢(shì)。

膜生物反應(yīng)器（MBR）的出水可以提供優(yōu)秀穩(wěn)定的水質(zhì)，對(duì)保證中水回用的安全性，具有重要的意義。膜生物反應(yīng)器技術(shù)在中水回用領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的前景。

參考文獻(xiàn)

[1]董振興.淺析中水回用技術(shù)及實(shí)施及對(duì)策[J].城市建設(shè)理論研究，2011（29）.

[2]劉惠芳，孫孝龍.典型膜生物反應(yīng)器工藝流程分析比較，作者：廣西輕工業(yè)：資源與環(huán)境，2010，8：128.

[3] 《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》GB/T18920-2002.

附錄（如表5表6）