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

        2012-12-31 00:00:00魏原青肖梅娟
        科技資訊 2012年34期

        摘 要:北京某兩個小區(qū)的中水處理工程,兩個項目的處理水量均為200 t/d,原水水質(zhì)均為優(yōu)質(zhì)雜排水,經(jīng)過處理后達到回用水沖廁水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18920-2002),一個選用傳統(tǒng)生物接觸氧化工藝,一個選用膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝。本人親身參與設(shè)計方案、施工圖的繪制、現(xiàn)場安裝、運行調(diào)試、運行后的維護以及問題的解決。兩種工藝的工程均建成并穩(wěn)定運行兩年后,各種指標(biāo)均達標(biāo)國標(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)勢與劣勢。以現(xiàn)場工程實際參數(shù)為依據(jù),并結(jié)合建成后的運行維護,包括兩種工藝的占地面積、工藝流程、設(shè)備的選擇、總裝機功率、運行費用、維護費用、日常出現(xiàn)的問題等數(shù)據(jù)進行對比。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,不受場地因素限制、操作管理方便,易實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)勢,同時也存在初期投資成本高,當(dāng)膜受到有機或者無機污堵時,清洗較為麻煩,鼓風(fēng)機選型較大,噪音較高,耗電量較大等劣勢。

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

        中圖分類號:X52 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3971(2012)12(a)-0103-04

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

        近年來,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,需求與供給長時間內(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國家都即將面臨的“水危機”。

        為了緩解水危機,世界上許多國家一方面在宣傳節(jié)水的重要性,培養(yǎng)人們的節(jié)水意識,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)中的廢水通過各種有效措施進行處理后回用。特別是對中水的利用,所謂中水,就是不與人體直接接觸的雜用水,是將人們在生活和生產(chǎn)中用過的優(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?、澆花、洗車、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)。

        中水開發(fā)與回用技術(shù)近期得到了迅速發(fā)展,在美國、日本、印度、英國等國家(尤以日本為突出)得到了廣泛的應(yīng)用。這些國家均以本國度、區(qū)域的特點確定出適合其國情國力的中水回用技術(shù),使中水回用技術(shù)越來越臻于完善。在我國,這一技術(shù)已受到各級政府及有關(guān)部門重視并對建筑中水回用做了大量理論研究和實踐工作,在全國許多城市如深圳、北京、青島、天津、太原等開展了中水工程的運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生活污水的處理,處理后達到小區(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)勢與劣勢,下面對兩種不同工藝做一個簡單的介紹。

        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于某些固體物表面的微生物(即生物膜)進行有機污水處理的方法。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、運動水層。其原理是,生物膜首先吸附附著水層有機物,由好氣層的好氣菌將其分解,再進入?yún)挌鈱舆M行厭氣分解,流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜,如此往復(fù)以達到凈化污水的目的。老化的生物膜不斷脫落下來,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,填料淹沒在廢水中,填料上長滿生物膜,廢水與生物膜接觸過程中,水中的有機物被微生物吸附、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自水中,而廢水則自鼓人的空氣不斷補充失去的溶解氧??諝馐峭ㄟ^設(shè)在池底的穿孔布?xì)夤苓M入水流,當(dāng)氣泡上升時向廢水供應(yīng)氧氣,有時并借以回流池水。

        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,提高生物處理有機負(fù)荷,從而減少污水處理設(shè)施占地面積,并通過保持低污泥負(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)在運行過程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥,其處置費用占污水處理廠運行費用的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。針對上述問題,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)勢菌群)的出現(xiàn),提高了生化反應(yīng)速率。同時,通過降低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題。

        2 實際工程的應(yīng)用

        2.1 工程項目的概況

        選取兩個親身參與的工程項目,說明并對比兩種工藝。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 工程項目的簡介

        (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)運行4年6個月。

        處理工藝流程圖如圖1所示。

        (2)石景山萬達廣場中水處理工程。

        萬達廣場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邁納德平板膜組件BIO-CEL。工程于2009年3月份完工,至今運行2年9個月。

        處理工藝流程圖如圖2所示。

        3 兩種工藝的數(shù)據(jù)分析及對比

        3.1 占地面積

        萬達廣場中水處理機房面積為:168.6 m3。

        北苑家園中水處理機房面積為: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)測結(jié)果分析

        (1)COD的去除(如圖3圖4)。

        從兩種工藝對COD去除的對比來看,石景山萬達廣場膜生物反應(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)對氨氮要求,對洗車和沖廁,要求小于10 mg/L,對綠化要求小于20 mg/L。膜生物反應(yīng)器對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,氨氮去除率可以達到85%以上。

        3.3 工程經(jīng)濟性能分析

        (1)投資經(jīng)濟性分析(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)運行經(jīng)濟性分析。

        影響中水系統(tǒng)運行費用的因素較多,包括:電力消耗、藥劑使用量、設(shè)備維護、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、膜價格是其中最關(guān)鍵因素,膜壽命:膜的使用年限越長,膜的折舊費用越低;膜壽命的延長、膜價格降低均可大幅度降低膜生物反應(yīng)器的運行費用。同時與處理規(guī)模有關(guān),處理規(guī)模越大,其噸水成本越低。(如表4)

        從兩種工藝的運行經(jīng)濟性分析來看,采用膜生物反應(yīng)器的萬達廣場中水處理運行費用是北苑家園小區(qū)的90.72%。

        3.4 其他方面分析

        (1)運行噪音。

        經(jīng)過現(xiàn)場對比分析,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,羅茨風(fēng)機產(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的方式對生物填料鼓風(fēng),可以進一步減少噪音污染。為了降低噪音污染,在采用膜生物反應(yīng)器的處理機房會設(shè)置了隔音效果較好材質(zhì)的鼓風(fēng)機房,最大程度降低羅茨風(fēng)機帶來的噪聲。

        (2)運行維護及更換。

        在兩個工程運行一年時,分別對兩個工程進行維護。

        北苑家園小區(qū)采用傳統(tǒng)生物接觸氧化法工藝,維護時需要清理池底淤泥,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),由于平時運行良好,基本上沒有維護、更換工作。

        萬達廣場中水處理工程采用膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝,在運行8個月時,出現(xiàn)二級提升泵壓力明顯增大,產(chǎn)水量下降的現(xiàn)象,這是由于運行過程中產(chǎn)生了膜污堵的情況,對MBR膜組件進行了一次酸洗的維護過程,使用檸檬酸對內(nèi)膜腔進行灌注,浸泡一段時間后,用自吸泵將清洗液抽出。在清洗膜的過程中,需要排放MBR池內(nèi)的所有污水,用清水對外膜進行清洗,確保沒有雜質(zhì)堵塞外膜。清洗時間較長,需要操作人員有一定的技術(shù)要求。

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

        4 結(jié)論

        通過采用兩個不同工藝流程的中水回用處理工程運行結(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,不受場地因素限制、操作管理方便,易實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)勢,同時也存在初期投資成本高,當(dāng)膜受到有機或者無機污堵時,清洗較為麻煩,鼓風(fēng)機選型較大,噪音較高,耗電量較大等劣勢。

        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

        [1]董振興.淺析中水回用技術(shù)及實施及對策[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)

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