MBR膜技術(shù)在工業(yè)廢水處理上發(fā)揮了重要作用。我國(guó)工業(yè)廢水排放量大,有的地方污染物排放總量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境容量,這是一些地方水環(huán)境污染嚴(yán)重的重要原因。膜技術(shù)用于工業(yè)廢水處理,不但可以大幅度地削減污染物排放量,而且可以做到重復(fù)循環(huán)利用,對(duì)水資源緊缺地區(qū)有重要意義。中國(guó)藍(lán)星集團(tuán)采用膜反滲透技術(shù),為太原鋼廠不銹鋼生產(chǎn)線建設(shè)了一套日處理7.5萬(wàn)噸廢水處理裝置,廢水經(jīng)過(guò)處理后循環(huán)回用于不銹鋼生產(chǎn),滿足了生產(chǎn)需要,節(jié)約了水資源。河北正元集團(tuán)靈壽化肥廠,在加強(qiáng)全廠用水管理的基礎(chǔ)上,采用反滲透處理循環(huán)冷卻水,大大提高了冷卻水的循環(huán)倍數(shù),實(shí)現(xiàn)了全廠生產(chǎn)污水零排放。今年,這個(gè)廠又購(gòu)買了6臺(tái)深圳金達(dá)萊生產(chǎn)的采用MBR技術(shù)的污水處理器,用于全廠生活污水的處理,處理后的污水再回用于生活和生產(chǎn)系統(tǒng)。這項(xiàng)改造完成后,靈壽化肥廠將實(shí)現(xiàn)全廠不外排生產(chǎn)廢水和生活污水。
膜生物反應(yīng)器(MBR)是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)臺(tái)的新型水處理技術(shù),以膜組件取代二沉池在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度減少污水處理設(shè)施占地,并通過(guò)保持低污泥負(fù)荷減少污泥量。與傳統(tǒng)的生化水處理技術(shù)相比,MBR具有以下主要特點(diǎn):處理效率高、出水水質(zhì)好;設(shè)備緊湊、占地面積小;易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單。80年代以來(lái),該技術(shù)愈來(lái)愈受到重視,成為研究的熱點(diǎn)之一。目前膜生物反應(yīng)器己應(yīng)用于美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和埃及等十多個(gè)國(guó)家,規(guī)模從6m3/d至 13000m3/d不等。
我國(guó)對(duì)MBR的研究還不到十年,但進(jìn)展十分迅速。1991年10月,岑運(yùn)華介紹了MBR在日本的研究狀況,1993年前后,許多高校與研究所加入了MBR的開(kāi)發(fā)研究工作,詳情見(jiàn)表1。為了全面了解膜生物反應(yīng)器在我國(guó)的研究狀況,本文作者對(duì)國(guó)內(nèi)科研人員1991—2000有關(guān)MBR發(fā)文情況作了統(tǒng)計(jì)(發(fā)文只統(tǒng)計(jì)綜述與實(shí)驗(yàn)類文章),十年共發(fā)表論文104篇,并有10位博士與10多位碩上以MBR作為研究課題獲得學(xué)位。從圖1可以看出:最近四年有關(guān)MBR的論文數(shù)呈持續(xù)上升的態(tài)勢(shì)。
國(guó)內(nèi)對(duì)MBR的研究大致可分為幾個(gè)方面:(1)探索不同生物處理工藝與膜分離單元的組合形式,生物反應(yīng)處理工藝從活性污泥法擴(kuò)展到接觸氧化法、生物膜法、活性污泥與生物膜相結(jié)合的復(fù)臺(tái)式工藝、兩相厭氧工藝;(2)影響處理效果與膜污染的因素、機(jī)理及數(shù)學(xué)模型的研究,探求合適的操作條件與工藝參數(shù),盡可能減輕膜污染,提高膜組件的處理能力和運(yùn)行穩(wěn)定性;(3)擴(kuò)大MBR的應(yīng)用范圍,MBR的研究對(duì)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。據(jù)此,本文的目的在于對(duì)我國(guó)膜生物反應(yīng)器在廢水處理中的發(fā)展情況進(jìn)行回顧、分析與討論。
1 MBR的憂點(diǎn)
在MBR的特點(diǎn)中,良好的出水水質(zhì)與較低的污泥產(chǎn)率最受關(guān)注。
1.1 良好的污染物去除效果
MBR在我國(guó)的研究始于1993年,研究者對(duì)分離式MBR、抽吸淹沒(méi)式MBR、重力淹沒(méi)式MBR與傳統(tǒng)生物處理工藝在城市污水處理方面進(jìn)行的比較研究表明:各種MBR的出水水質(zhì)均優(yōu)于傳統(tǒng)生物處理工藝表2和表3分別為MBR處理生活污水的實(shí)驗(yàn)參數(shù)與處理效果,經(jīng)MBR處理后的生活污水,COD、BOD5、濁度都很低,大部分細(xì)菌、病毒被截留,出水水質(zhì)已達(dá)到或優(yōu)于建設(shè)部生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CJ25.1-89),可直接作為樓房中水回用、城市園林綠化、掃除、消防等用水。并且膜的截留作用防止了硝化細(xì)菌的流失,給生物反應(yīng)器內(nèi)的高濃度硝化細(xì)菌的保持創(chuàng)造了有利的條件,從而大大提高了硝化效率。汪誠(chéng)文、張軍對(duì)一體式MBR硝化特性的研究表明:MBR對(duì)氮的去除效果高達(dá)97%。但研究也表明:MBR 對(duì)氮的去除效果易受溫度、沖擊負(fù)荷、HRT等因素的影響。
在我國(guó),MBR同時(shí)應(yīng)用于生活污水與工業(yè)廢水處理的研究。表4和表5分別為MBR處理各種工業(yè)廢水的實(shí)驗(yàn)參數(shù)與處理效果。這些研究結(jié)果都表明:MBR對(duì)各種高濃度有機(jī)廢水與難降解廢水的COD,NH3-N.SS,濁度等都達(dá)到良好的去除效果。1993年華東理工大學(xué)環(huán)境工程研究所進(jìn)行了分離式陶瓷膜MBR處理人工合成污水和制藥廢水的可行性研究;1995年,樊耀波將MBR用于石油化工污水凈化的研究;王連軍用無(wú)機(jī)膜一生物反應(yīng)器(IMBR)處理啤酒廢水;何義亮采用膜一厭氧生物反應(yīng)器處理高濃度食品廢水:當(dāng)COD負(fù)荷低于2kg/(m3.d)時(shí),膜出水COD去除率在90%以上;營(yíng)運(yùn)濤用兩相厭氧MBR處理人工配制淀粉廢水:COD負(fù)荷在4-24kg/(m3.d)時(shí),COD去除率可達(dá)95%以上;桂萍用MBR處理喹啉、EDTA、聚乙二醇三種難降解有機(jī)物,發(fā)現(xiàn)MBR對(duì)COD去除率、難降解有機(jī)物去除率、抗沖擊負(fù)荷能力都高于活性污泥法;吳志超采用MBR與常規(guī)生物工藝處理巴西基酸生產(chǎn)廢水的對(duì)比研究也表明:MBR產(chǎn)泥量少,污泥活性高,能提高大分子難降解有機(jī)物的去除率;樊耀波、鄭祥用MBR處理毛紡印染廢水的小試、中試研究表明:經(jīng)MBR處理后的廢水能達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)。
1.2 污泥產(chǎn)率低
活性污泥法是城市污水和工業(yè)廢水處理應(yīng)用最廣泛的生物處理方法,它把廢水中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為生物體、CO2和H2O的同時(shí),產(chǎn)生大量的剩余污泥。目前剩余污泥的處理與處置己成為污水處理廠能否正常運(yùn)行的制約因素之一,它的費(fèi)用占到污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的25%-40%,甚至高達(dá)60%。因此,從源頭減少污泥的產(chǎn)生量就顯得非常必要和關(guān)鍵,這些因素推動(dòng)和促進(jìn)了具有剩余污泥少特點(diǎn)的MBR技術(shù)的開(kāi)發(fā)及研究。
理論上講,膜生物反應(yīng)器能將污泥完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi),實(shí)現(xiàn)不排泥操作——污泥零排放。1991年,在MBR處理生活污水的小試中,Chaize和Huyard首次研究了MBR對(duì)污泥產(chǎn)率的影響,在SRT為50d和100d時(shí),污泥產(chǎn)量大大減少,他們認(rèn)為這是低F/M比例和較長(zhǎng)污泥齡的結(jié)果。Muller在處理生活污水的中試研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)污泥濃度(MLSS)高達(dá)4060gL-1和污泥完全截留SRT=(∞)時(shí),幾乎不產(chǎn)生污泥。桂萍在不同SRT(5—80d)條件下,用一體式MBR處理生活污水發(fā)現(xiàn):理論產(chǎn)率系數(shù)YG與衰減系數(shù)b值隨SRT的延長(zhǎng)而下降。劉銳用一體式MBR處理生活污水,在280天的未排泥的條件下運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)表觀產(chǎn)率系數(shù)Yb隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)呈明顯的降低趨勢(shì),Yb從運(yùn)行初期的0.248kgVSS/KgCOD下降為0.038kgVSS/KgCOD。張紹園應(yīng)用食物鏈中能量遞減的原理,在兩段式MBR中引入后生動(dòng)物一蠕蟲(chóng)(worm),發(fā)現(xiàn)有蠕蟲(chóng)存在時(shí),其污泥產(chǎn)率低于常規(guī)活性污泥法污水處理系統(tǒng);當(dāng)蠕蟲(chóng)濃度保持100個(gè)/ml以上時(shí),污泥產(chǎn)率為0.1kgSS/(kg去除COD),污泥產(chǎn)率為0.1kgSS/(kg去除COD),約為常規(guī)活性污泥法的1/4。但該方法還有待進(jìn)一步的研究,如維持蠕蟲(chóng)在系統(tǒng)內(nèi)最佳數(shù)量,使污泥產(chǎn)率趨向于零,達(dá)到不排放污泥的目的。
2 膜生物反應(yīng)器運(yùn)行的影響因素
膜生物反應(yīng)器由膜分離單元與生物處理單元組成,因此影響MBR穩(wěn)定運(yùn)行的因素不僅包括常規(guī)生物動(dòng)力學(xué)參數(shù):容積負(fù)荷、污泥濃度、污泥負(fù)荷等,還包括膜分離的參數(shù):膜的固有性質(zhì)(膜材料、膜孔徑、荷電性等)、濾液的性質(zhì)、操作方式、反應(yīng)器的水力學(xué)條件等。其中生物動(dòng)力學(xué)參數(shù)主要影響MBR的處理效果,膜分離參數(shù)主要影響MBR的處理能力。
2.1 影響MBR穩(wěn)定運(yùn)行的生物動(dòng)力學(xué)參數(shù)
2.1.1 有機(jī)負(fù)荷
研究表明:好氧MBR出水受容積負(fù)荷與水力停留時(shí)間(HRT)的影響較小,而厭氧MBR出水受沖擊負(fù)荷與HRT的影響較大。李紅兵用MBR處理生活污水,在水力停留時(shí)間為1.5、5.8h,COD或負(fù)荷在高負(fù)荷(5.76Kg/(m3.d)與穩(wěn)態(tài)運(yùn)行新下0.8-1 kg/(m3.d)處理效果基本相同,系統(tǒng)對(duì)COD去除率都達(dá)到90%以上。吳志超采用好氧MBR處理巴西基酸生產(chǎn)廢水發(fā)現(xiàn):容積負(fù)荷分別為1.2、2.4、3.6、4.8kg/m3.d),出水COD濃度變化不大;且HRT對(duì)出水水質(zhì)無(wú)明顯的影響。而何義亮用厭氧MBR處理高濃度食品廢水卻發(fā)現(xiàn):當(dāng)容積負(fù)荷從2kg/(m3.d)升高到4.5kg/(m3.d),COD去除率從90%下降至70%;且HRT對(duì)處理效果有重要影響。對(duì)這些研究的比較發(fā)現(xiàn):在好氧MBR中,污泥濃度隨容積負(fù)荷的增加迅速升高,有機(jī)物去除速率加快,污泥負(fù)荷基本保持不變,從而抑制出水水質(zhì)的惡化;而在厭氧MBR中,污泥濃度升高緩慢,污泥負(fù)荷與容積負(fù)荷幾乎呈正相關(guān)關(guān)系,因此厭氧MBR出水水質(zhì)易受容積負(fù)荷的影響。
李紅兵、顧平對(duì)MBR處理生活污水的研究表明:沖擊負(fù)荷對(duì)有機(jī)物的去除沒(méi)有顯著的影響,但NH3-N受沖擊負(fù)荷影響明顯,出水NH3-N的惡化程度與沖擊負(fù)荷的大小成正比。這一現(xiàn)象可能是由于膜的攔截作用對(duì)NH3-N的去除并無(wú)貢獻(xiàn),因此MBR對(duì)氮的去除效果易受生物反應(yīng)器處理效果影響。顧平的研究還發(fā)現(xiàn):在沖擊負(fù)荷條件下,膜通量衰減幅度是正常COD負(fù)荷的數(shù)十倍。通過(guò)分析沖擊負(fù)荷期間進(jìn)水COD和MLSS間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)MLSS的變化規(guī)律與最大膜通量的降低有類似之處,COD沖擊負(fù)荷使反應(yīng)器內(nèi)活性污泥濃度迅速增加,混合液的粘度增加,從而使液-固分離困難;同時(shí)處于對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期的污泥活性高、有大量細(xì)胞外聚合物存在,增加了膜過(guò)濾阻力,導(dǎo)致膜最大出水量降低。
2.1.2 污泥濃度
污泥濃度是MBR系統(tǒng)的重要參數(shù),不僅影響有機(jī)物的去除能力,還對(duì)膜通量產(chǎn)生影響。許多研究都表明污泥濃度與溶解性微生物產(chǎn)物是影響膜通量的重要參數(shù)。表7為MLSS對(duì)膜通量、過(guò)濾阻力的影響,這些研究成果表明:一定條件下污泥濃度越高,膜通量愈低。顧平在一體式MBR處理生活污水的研究卻發(fā)現(xiàn):當(dāng)曝氣強(qiáng)度足夠大時(shí)(氣水比近似100:1),MLSS由10g/L變化到35g/L時(shí),MLSS與膜通量沒(méi)有明顯的相夫性;但如果降低暖氣強(qiáng)度,MLSS對(duì)膜通量可能產(chǎn)生一定的影響。
污泥濃度對(duì)膜通量的影響程度與曝氣強(qiáng)度,膜面循環(huán)流速,水力學(xué)條件等密切相關(guān)。桂萍應(yīng)用正交試驗(yàn)的方法對(duì)一體式MBR中膜污染速度與污泥濃度、曝氣量和膜通量的關(guān)系進(jìn)行考察,研究結(jié)果表明:不同污泥濃度均存在一個(gè)污泥在膜表面大量沉積的臨界膜通量,當(dāng)膜通量小于臨界膜通量,膜污染主要由溶解性有機(jī)物在膜面的沉積引起;當(dāng)膜通量大于臨界膜通量,膜污染主要由懸浮污泥在膜面的沉積引起;在污泥濃度較低時(shí),曝氣強(qiáng)度對(duì)膜的污染影響不大,在中、高污泥濃度條件下,增加曝氣強(qiáng)度有利于減緩膜污染;臨界膜通量J與污泥濃度MLSS、曝氣強(qiáng)度QA有以下關(guān)系:QA/J=8.34e0.07MLSS.但該試驗(yàn)中各變量的取值范圍較窄。劉銳在桂萍試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用均勻設(shè)計(jì)法,擴(kuò)大各變量的取值范圍,以膜過(guò)濾阻力上升速率K作為膜污染發(fā)展速度的表征指數(shù),建立了膜污染發(fā)展速度模型:K=8.933*107.△P.MLSS0.532.J0.376ULr-3.047,膜過(guò)濾阻力上升速率K隨膜通量J與污泥濃度MLSS的增加而增加,隨膜間液體上升流速ULr的增加而減小。
2.2 膜分離的參數(shù)
在保證出水水質(zhì)的前提下,膜通量應(yīng)盡可能大,這樣可減少膜的使用面積,降低基建費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用,因此控制膜污染,保持較高的膜通量,是MBR的研究的重要內(nèi)容。
2.2.1 膜的選擇
現(xiàn)有膜材料可分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜兩種。由于較高的投資成本限制了無(wú)機(jī)膜在我國(guó)的廣泛應(yīng)用,國(guó)內(nèi)MBR曾遍采用有機(jī)膜,常用的膜材料為聚乙烯、聚丙烯等。分離式MBR通常采用超濾膜組件,截留分子量一般在2—30萬(wàn)。截留分子量越大,初始膜通量越大,但長(zhǎng)期運(yùn)行膜通量未必越大。張洪宇進(jìn)行無(wú)機(jī)膜的通量衰減實(shí)驗(yàn)表明:0.2μm的膜比0.8μm的膜更適合于MBR。何義亮用PES平板膜組件進(jìn)行膜通量衰減規(guī)律研究發(fā)現(xiàn):在該實(shí)驗(yàn)條件下,膜初始通量衰減主要是由于濃差極化引起,膜截留分子量愈小,通量衰減率愈大;膜長(zhǎng)期運(yùn)行的通量衰減主要是由于膜污染引起,膜截留分子量愈大,通量衰減幅度愈大,化學(xué)清洗恢復(fù)率愈低。
對(duì)于淹沒(méi)式MBR,既可用超濾膜,也可使用微濾膜。由于膜表面的凝膠層也起到了過(guò)濾作用,在處理生活污水時(shí),微濾膜與超濾膜的出水水質(zhì)沒(méi)有明顯差別,因此淹沒(méi)式MBR多采用0.1—0.4μm微濾膜。
2.2.2 操作方式的優(yōu)化
當(dāng)膜選定后,真物化性質(zhì)也就確定了,因此,操作方式就成為影響膜污染的主要因素。為了減緩膜污染,反沖洗是維持分離式MBR穩(wěn)定運(yùn)行的重要操作,樊耀波通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo),得出膜的最佳反沖洗周期測(cè)定公式 f(t)=(Qf—Qb)/(tb+tf),該方法避免通過(guò)試探性實(shí)驗(yàn)確定反沖洗周期的作法,為MBR系統(tǒng)自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)重要途徑。針對(duì)抽吸淹沒(méi)式MBR,Ymamoto提出間歇式抽吸方式可有效減緩膜污染。桂萍通過(guò)研究進(jìn)一步指出:縮短抽吸時(shí)間或延長(zhǎng)停吸時(shí)間和增加曝氣量均有利于減緩膜污染,抽吸時(shí)間對(duì)膜阻力的上升影響最大,曝氣量其次。
不僅污泥濃度、混合液粘度等影響膜通量,混合液本身的過(guò)濾性能,如活性污泥性狀、生物相也影響膜通量的衰減。有研究表明:粉末活性炭(PAC)與絮凝劑的加入有助于改善泥水分離性能,形成體積更大、粘性更小的污泥絮體,減少了膜堵塞的機(jī)會(huì)。但絮凝劑的過(guò)量加人會(huì)造成污泥活性受到限制,影響反應(yīng)器的處理能力和處理效果。
2.2.3 水力學(xué)特性的改善
改善膜面附近料液的流體力學(xué)條件,如提高流體的進(jìn)水流速,減少濃差極化,使被截留的溶質(zhì)及時(shí)被帶走。黃霞、何義亮分別采用PAN平板式超濾膜、PAN/PS管式膜組件考察不同膜面循環(huán)流速下污泥濃度對(duì)膜通量的影響,發(fā)現(xiàn)MLSS對(duì)膜通量的影響程度與膜面循環(huán)流速有夫。大量試驗(yàn)表明:污泥過(guò)膜流態(tài)為層流遠(yuǎn)比紊流的易于堵塞,因此從理論上確定不同污泥濃度下紊流發(fā)生的最小膜面流速(Vmin)有重要意義。邢傳宏、彭躍蓮研究均發(fā)現(xiàn):最小膜面流速與污泥濃度之間呈良好的線性夫系。但他們對(duì)臨界膜面流速的計(jì)算值可能偏高,因?yàn)槲勰嘌亓鞯懒鲃?dòng)的過(guò)程中,水同時(shí)透過(guò)膜流出,增加了流體在垂直方向的紊動(dòng),從而在一定程度上降低了下臨界雷諾數(shù)(Rek)。何義亮的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了這一推論:平板膜組件由紊流到層流的Rek為1083,外壓管式膜組件的Rek為966,均小于一般牛頓流體的下臨界雷諾數(shù)2000。
分離式MBR中,一般均采用錯(cuò)流過(guò)濾的方式;而一體式MBR實(shí)質(zhì)上是一種死端過(guò)濾方式。與死端過(guò)濾相比,錯(cuò)流過(guò)濾更有助于防止膜面沉積污染。因此設(shè)計(jì)合理的流道結(jié)構(gòu),提高膜間液體上升流速,使較大的暖氣量起到了沖刷膜表面的錯(cuò)流過(guò)濾效果對(duì)于淹沒(méi)式MBR顯得尤為重要,劉銳通過(guò)均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn),得到適合活性污泥流體的膜間液體上升模型,提出反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)液體上升流速的影響:在同樣的暖氣強(qiáng)度下,反應(yīng)器越高,上升流通道越窄,下降流通道與底部通道越寬,則越能獲得較大的膜間錯(cuò)流流速。該模型為一體式MBR反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù),但有待實(shí)踐的驗(yàn)證。
2.3 能耗
能耗是污水處理工藝的一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo),直接夫系到處理方法的可行性。目前,常規(guī)分離式MBR運(yùn)行能耗為3—4kw·h/m3,淹沒(méi)式MBR運(yùn)行能耗為2kw·h/m3,遠(yuǎn)高于活性污泥法0.3-0.4kwh/m3,較高的運(yùn)行費(fèi)用是MBR推廣應(yīng)用中遇到主要問(wèn)題。許多研究結(jié)果表明:能耗是造成MBR運(yùn)行費(fèi)用高的主要原因。張紹園分析了分離式MBR的能耗組成:泵的熱能損失、曝氣能耗、管道阻力能耗、膜組件能耗和回流污泥水頭損失能耗,其耗能大小依次為:膜組件>泵>曝氣>管道>回流污泥,膜組件能耗占總能耗的40—50%,真中80%用于膜過(guò)濾的能量以熱能的方式散發(fā)。顧平對(duì)抽吸淹沒(méi)式MBR的能耗分析表明:曝氣的能耗占總能耗96%以上。通常研究者都認(rèn)為能耗的降低與膜污染的控制是MBR研究領(lǐng)域兩個(gè)獨(dú)立的課題,而張紹國(guó)、鄭祥采用穿流式、錯(cuò)流式膜組件進(jìn)行分離式MBR研究發(fā)現(xiàn):能耗隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)、膜污染的增加呈上升趨勢(shì),從運(yùn)行初期的不足0.5kWh/m3增加到3kwh/m3。這說(shuō)明:分離式膜生物反應(yīng)器的能耗問(wèn)題實(shí)質(zhì)是膜污染問(wèn)題。
為了進(jìn)一步降低能耗,顧平應(yīng)用位差驅(qū)動(dòng)出水和低水頭間斷工作的重力淹沒(méi)式MBR,較好克服了膜的污染與阻塞,使膜長(zhǎng)時(shí)間保持較大的膜通量,并且省去復(fù)雜的氣水反沖洗設(shè)備、降低曝氣量,使 MBR處理生活污水的能耗可下降到1.0kw·h/m3。
3 膜生物反應(yīng)器在污水處理中的應(yīng)用
3.1 MBR在中水回用中的經(jīng)濟(jì)分析
應(yīng)用于中水回用系統(tǒng)的MBR工藝(規(guī)模為25-100m3/d)的一次性投資為3500-4000元/m3,膜組件的費(fèi)用占25%左右,以十年計(jì)的設(shè)備折舊成本(上建與設(shè)備材料費(fèi)用,不含膜組件)為0.68-0.83元/m3,膜的更換費(fèi)用(以兩年計(jì))為1.0元/m3,運(yùn)行費(fèi)為0.3-0.5元/m3,其總運(yùn)行費(fèi)為2.0-2.3元/m3由于膜價(jià)格還有相當(dāng)大的降價(jià)空間,據(jù)有關(guān)專家估算,在未來(lái)的3—5年內(nèi),膜價(jià)格有望降為目前的25—50%,那將大大降低MBR的一次性投資與膜的更換費(fèi)用。隨著膜價(jià)格的降低與使用壽命的延長(zhǎng),新型高效低能耗MBR的開(kāi)發(fā),MBR的運(yùn)行總費(fèi)用有望降低到1.5元/m3。
以膜生物反應(yīng)器工藝的處理費(fèi)用為例得出中水的產(chǎn)出效益:中水回用相當(dāng)于節(jié)約等量新鮮水而創(chuàng)造的直接經(jīng)濟(jì)效益。以北京市2000年居民為供水價(jià)1.8元/m3計(jì),而賓館、洗車、洗浴等行業(yè)供水價(jià)為3.0—5.0元/m3,高于一般城市居民的自來(lái)水用水價(jià)格,而膜生物反應(yīng)器總運(yùn)行成本為2.3元/m3,單純從經(jīng)濟(jì)利益上考慮目前對(duì)某些行業(yè)來(lái)說(shuō)也是經(jīng)濟(jì)的。在現(xiàn)有自來(lái)水價(jià)偏低的情況下,自來(lái)水供水費(fèi)及排污費(fèi)仍有增加的趨勢(shì),因此可以預(yù)見(jiàn),膜生物反應(yīng)器作為污水回用技術(shù)將會(huì)愈來(lái)愈具有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
3.2 MBR的應(yīng)用實(shí)例及前景
近一兩年,膜生物反應(yīng)器在國(guó)內(nèi)已進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段。1998年,大連大器公司設(shè)計(jì)的200m3/d的中水回用裝置就己在大連投入運(yùn)行;天津德人公司首先開(kāi)發(fā)了重力淹沒(méi)式MBR,該技術(shù)在2000年己應(yīng)用于天津普辰大廈的中水回用系統(tǒng),處理規(guī)模為25m3/d,該裝置占地僅2.8m2,處理成本為1.05元/m3;上海荏原公司研究開(kāi)發(fā)的PW系統(tǒng)己成功地應(yīng)用于數(shù)十個(gè)行業(yè)的高濃度有機(jī)廢水處理,規(guī)模從5m3/d至700m3/d不等;杭州華濾、哈爾濱鷺濱等公司在MBR開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面都具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。表8列舉了一些MBR在我國(guó)的應(yīng)用實(shí)例及處理效果。在南方地區(qū),MBR目前主要應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水處理;而在天津、大連嚴(yán)重缺水的北方地區(qū),MBR主要做為中水回用技術(shù)。
4 結(jié)論
我國(guó)人均水資源擁有量?jī)H為2250m3/人.年,不足世界平均水平的1/4。在我國(guó)600多個(gè)城市中,有300余座城市缺水,真中嚴(yán)重缺水城市有100余個(gè),年缺水量近60億m3,每年因缺水造成經(jīng)濟(jì)損失約2000億元人民幣。華北地區(qū)人均水資源占有量只有250—480m3/人.年,低于全國(guó)人均水平的1/5,這一地區(qū)的所有城市幾乎都面臨缺水問(wèn)題。因此污水回用是緩解華北平原水危機(jī)的重要措施之一。膜生物反應(yīng)器技術(shù)以其優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)被認(rèn)為是具有較好經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益的節(jié)水技術(shù)而倍受關(guān)注。盡管還存在較高的運(yùn)行費(fèi)用問(wèn)題,但隨著膜制造技術(shù)的進(jìn)步,膜質(zhì)量的提高和膜制造成本的降低,MBR的投資也會(huì)隨之降低。如聚乙烯中空纖維膜,新型陶瓷膜的開(kāi)發(fā)等已使其成本比以往有很大降低。另一方面,各種新型膜生物反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)也使真運(yùn)行費(fèi)用大大降低,如在低壓下運(yùn)行的重力淹沒(méi)式MBR、厭氧MBR等與傳統(tǒng)的好氧加壓膜生物反應(yīng)器相比,其運(yùn)行費(fèi)用大幅度下降。因此,從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)來(lái)看,膜生物反應(yīng)器在水處理中應(yīng)用范圍必將越來(lái)越廣。在水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格的今天,MBR已顯示出其巨大的發(fā)展?jié)摿Γ瑢⑹切率兰o(jì)替代傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。
我國(guó)廢水處理方面還是很少應(yīng)用MBR膜技術(shù)。我國(guó)將來(lái)要加強(qiáng)對(duì)膜一生物反應(yīng)器污水處理方面的應(yīng)用,引進(jìn)先進(jìn)的污水處理技術(shù),發(fā)展中國(guó)經(jīng)濟(jì)水平。