膜生物反應(yīng)器在我國(guó)的研究及應(yīng)用
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。灰讓(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。
表1 我國(guó)MBR研究狀況
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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。
表2 MBR處理生活污水的實(shí)驗(yàn)參數(shù)
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截留分子量
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)。
表3 MBR對(duì)生活污水的處理效果
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表4 MBR處理工業(yè)廢水的實(shí)驗(yàn)參數(shù)
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表5 MBR對(duì)工業(yè)廢水的處理效果
*Uv=容積負(fù)荷，Us=污泥負(fù)荷 |
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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。
表6 MBR的污泥產(chǎn)率
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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。
表7 MLSS對(duì)膜通量、膜阻力的影響
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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(chē)、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)。
表8 MBR在我國(guó)的應(yīng)用實(shí)例
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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。
目前我國(guó)在膜一生物反應(yīng)器污水處理方面的應(yīng)用實(shí)例尚少，需結(jié)合中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和MBR工藝的特點(diǎn)，進(jìn)一步加強(qiáng)研究以推動(dòng)其工程化應(yīng)用的進(jìn)程，預(yù)計(jì)中水回用將是MBR在中國(guó)的推廣應(yīng)用的主要方向。
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