李向軍

2005年10月27日建設(shè)部 “綠色建筑技術(shù)導則”第5.3.3條:采用雨水、污水分流系統(tǒng)，有利于污水處理回收再利用；在水資源短缺地區(qū)，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，合理采用中水回用系統(tǒng)；在《建筑中水設(shè)計規(guī)范》中列出了10種污水處理工藝，可分為四種類型：以物理化學處理方法為主的物化工藝；以生物化學處理為主的生化處理方法；生化處理和物化處理相結(jié)合的處理工藝以及土地處理。

一、處理法概述

常見生化法有接觸氧化法、陶粒生物濾池法、膜生物反應器法 （MBR）等。接觸氧化法、生物陶粒濾池法耐沖擊負荷、降解難降解物質(zhì)如發(fā)泡劑等能力差，且占地大，管理復雜。后續(xù)處理操作復雜，運行成本高，不易進行程控化管理 （PLC），殺菌全靠消毒工序完成，當投藥不均勻或是投藥系統(tǒng)出現(xiàn)故障時不符合要求的水將進入使用系統(tǒng)，待發(fā)現(xiàn)更改時，用戶已經(jīng)受到長時間不合格水的侵害。膜生物反應器技術(shù)是二十世紀末發(fā)展起來的高新技術(shù)。它是將污水中的生化處理與物化處理結(jié)合在一起的嶄新處理工藝，生化有效降解有機物，孔隙率≤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)消毒手段可做為殺菌的雙重保險，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。它的前處理與后處理極其簡單，所以占地小，可程控化管理，每年僅需清洗2～3次。MBR反應器污泥濃度（MLSS）可達到3000～20000mg/l以上，所以有機物在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)對水位進行自動控制、膜污染報警及開啟相應反洗設(shè)施即可程控化管理。MBR是較為理想的水處理工藝。

二、工程實例

本工程位于北京市朝陽區(qū)望京，地下三層，地上三十四層。其中首層二層為商業(yè)，三層至三十四層為公寓。該樓為一類建筑，建筑高度99.70米，總建筑面積8.5萬平米。排水系統(tǒng)污廢分流，收集廢水經(jīng)中水處理站處理后回用各戶沖廁使用。中水處理站位于地下二層，需要考慮樓板荷載。中水處理工藝經(jīng)綜合比較后，設(shè)計采用膜生物反應器法。

1.方案一：采用傳統(tǒng)的接觸氧化法：（工藝流程和平面布置見圖1示）

設(shè)計處理水量Q=660m3/d=30m3/h

（1）曝氣調(diào)節(jié)池

T=6hr V有效=180m3h有效=2.7m L×B×H=11×6×3.0m

鋼結(jié)構(gòu) 厚6mm 總荷載W=186t

（2）接觸氧化池

T=4hr V有效=120m3h有效=2.7m L×B×H=7.5×6×3.0m

鋼結(jié)構(gòu) 厚6mm 總荷載W=128.4t

（3）斜板沉淀池

T=1.2hr L×B×H=5.0×6×3.0m

鋼結(jié)構(gòu) 厚6mm 總荷載W=94.52t

（4） 中間水池

T=0.6hr V有效=18m3h有效=2.7m L×B×H=1.2×6×3.0m

鋼結(jié)構(gòu) 厚6mm 總荷載W=21.81t

（5） 砂濾罐

直徑1400mm 高1.8m 2個

玻璃鋼 總荷載W=4.2t(運行時設(shè)備含水后的重量)

（6）中水儲存池

T=4hr V有效=120m3h有效=2.7m L×B×H=7.5×6×3.0m鋼結(jié)構(gòu) 厚6mm 總荷載W=127.4t

（7） 設(shè)備選型

圖1 接觸氧化法工藝和平面布置圖

序號 設(shè)備名稱 型號 功率 數(shù)量 備注1 一級提升泵（潛污泵）WQ40-7-1.5型 1.5kw 2臺 一用一備2 溢流提升泵（潛污泵）WQ30-18-4型 4.0kw 2臺 一用一備3 鼓風機SSR125型Q=10.17m3/min H=39.2kpa 11kw 2臺 一用一備4 污泥泵 WQ15-20-2.2型 2.2kw 2臺 一用一備5 二級提升泵（立式泵）50LW40-15-4型 4.0kw 2臺 一用一備6 反沖洗泵（立式泵）80LW50-20-5.5型 5.5kw 1臺 一用

設(shè)備運行功率容量 22.7kw

設(shè)備總功率容量 50.9kw

2.方案二：采用膜生物反應器法：（工藝流程和平面布置見圖2示）

設(shè)計處理水量Q=660m3/d=30m3/h

（1）曝氣調(diào)節(jié)池

T=6hr V有效=180m3h有效=2.7m L×B×H=11×6×3.0m

鋼結(jié)構(gòu) 厚6mm 總荷載W=186t

（2） MBR反應池

T=3hr V有效=90m3h有效=2.7m L×B×H=5.5×6×3.0m

鋼結(jié)構(gòu) 厚6mm 總荷載W=94.68t

（3）中水儲存池

T=4hr V有效=120m3h有效=2.7m L×B×H=7.5×6×3.0m

鋼結(jié)構(gòu) 厚6mm 總荷載W=127.4t

圖2 膜生物反應器法工藝和平面布置圖

（4） MBR設(shè)備選型

序號 設(shè)備名稱 型號 功率 數(shù)量 備注1 一級提升泵（潛污泵）WQ40-7-1.5型 1.5kw 2臺 一用一備2 溢流提升泵（潛污泵）WQ30-18-4型 4.0kw 2臺 一用一備3 鼓風機SSR125型Q=10.17m3/min H=39.2kpa 11kw 2臺 一用一備4 污泥泵 WQ15-20-2.2型 2.2kw 2臺 兩用5 自吸泵Y20220型Q=21m3/h H=10m吸程8m 1.1kw 3臺 兩用一備

設(shè)備運行功率容量 23.1kw

設(shè)備總功率容量 40.7kw

三、MBR工藝與傳統(tǒng)中水處理工藝的比較（下頁）

四、引申：MBR膜組件的選型

1.確定基本膜型

國內(nèi)外眾多領(lǐng)域內(nèi)的實踐表明，選擇化學穩(wěn)定性高、耐污堵性好的膜元件是MBR工藝得以長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。目前常用的MBR膜元件主要有兩類，分別為中空纖維式及平板式，下表總結(jié)了此兩類膜元件各自的優(yōu)缺點。

中空纖維膜元件與平板膜元件綜合對比

2.確定膜型材質(zhì)

平板膜中有代表性的是日本久保田及東麗兩家公司的產(chǎn)品，分別采用聚乙烯 （PE）及聚偏氟乙烯 （PVDF）材質(zhì)。相比較而言，聚偏氟乙烯 （PVDF）材質(zhì)膜組件，通量大、抗污染能力強，使用壽命長。對比實驗表明：PVDF膜元件的孔徑更小、分布更均勻，因而可以在同等的膜面積下獲得更高的膜通量。出于對系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的考慮，我們在本項目的MBR膜組件選型上使用PVDF材質(zhì)的產(chǎn)品。

項目名稱 生物接觸氧化法工藝 MBR膜生物反應器工藝由傳統(tǒng)生化處理與混凝、沉淀、過濾多步單元操作組成： 將膜分離與傳統(tǒng)生化處理有機結(jié)合，通過一步單元操作實現(xiàn)水質(zhì)的凈化：工藝組成建設(shè)要求 不易實現(xiàn)模塊化設(shè)計，最好按最大設(shè)計能力一次性建成 易實現(xiàn)模塊化設(shè)計，適于分期建設(shè)，設(shè)備材料分期分批入場，節(jié)約投資處理工藝的復雜性 較復雜，本處理工藝后需加沉淀、過濾、吸附及消毒設(shè)備的處理才能夠達到中水回用水水質(zhì)的要求簡單，MBR設(shè)備出水加消毒即可達到中水回用水水質(zhì)的要求場地要求 不受設(shè)置場所限制 不受設(shè)置場所限制，可做成地面式、半地下式和地埋式出水出質(zhì)情況 僅能達到中水回用水水質(zhì)的要求，如長時間不使用再次使用啟動期較長 (需重新做生物膜培養(yǎng)工作)。占地面積穩(wěn)定且優(yōu)于中水回用水水質(zhì)要求。即使長時間不使用再次使用仍可隨時啟動。工藝流程采用水箱安裝一般1m2/(m3.d-1)工藝流程采用鋼板水池拼接1/2m2/(m3.d-1) [660T占地310m2]建設(shè)投資（僅供參考）2000～3500元/(m3.d-1)（水箱式價格略高）運行費用（僅供參考）較高 ， 一般1.5～2.2元/m3約為1/3m2/(m3.d-1) [660T占地220m2]2500～5000元/(m3.d-1)（水箱式價格略高，膜的價格差異）低 ， 一般1～1.5元/m3（耗電量低、加氯量小、無人值守）初期投資 低 較高操作維護 較復雜 （反沖洗由人工控制）。 可完全實現(xiàn)自動化控制、無人值守。設(shè)備每年只需清洗2-3次。產(chǎn)水率 沙濾罐或活性炭濾罐需要頻繁的反沖洗，工藝自身耗水較多，產(chǎn)水率低無需反沖洗，產(chǎn)水率高剩余活性污泥 剩余污泥產(chǎn)量大，污泥處理費用高 理論上可以實現(xiàn)零污泥排放運行管理 設(shè)備較多，管線復雜，發(fā)生故障的可能性較大，一般需專業(yè)人員維護 （3班倒/天，需4人）設(shè)備較少，流程簡單，易于實現(xiàn)全自動控制，運行穩(wěn)定可靠，操作人員僅需經(jīng)過簡單培訓，無需專業(yè)人員看管出水用途 一般僅限于沖廁、道路清掃和城市綠化。 出水水質(zhì)優(yōu)良，可廣泛回用于沖廁、道路清掃、城市綠化、車輛沖洗、建筑工地和景觀環(huán)境用水等。綜合比較 綜合性價比較低 綜合性價比高

五、結(jié)語

我國在2000年也已將膜產(chǎn)業(yè)列為國家重點支持的22項化工產(chǎn)業(yè)之一。對膜生物反應器處理污水技術(shù)還設(shè)立了國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃 （863計劃）課題進行研究。目前在世界范圍內(nèi)，實際運行的MBR系統(tǒng)已超過幾千套，同時許多工程正在計劃或者建設(shè)中。對于所有的MBR工藝而言，獲得非常高質(zhì)量的出水水質(zhì)是很平常的。不管處理的污水類型如何，也不管采用何種商業(yè)化的MBR工藝，固體物質(zhì)的完全去除、優(yōu)良的消毒特性、高速度和高效率的有機物與營養(yǎng)物質(zhì)的去除以及占地面積小是所有MBR的共同特點，關(guān)鍵問題是膜組件的使用壽命。