膜生物反应器在中水回用领域应用前景

李勤军　何玉磊　王卓艺　王志远

摘要:本文简述了我国中水回用的必要性,分析了膜生物反应器(MBR)特点及应用于中水回用的优势,总结了MBR在我国中水回用中的应用现状,展望了MBR工艺在中水回用领域的应用前景。

关键词:膜生物反应器;中水回用;应用前景

1引言

膜生物反应器(Membrane bioreactor,MBR)是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。因其具有出水水质良好,可满足一般回用要求,设备紧凑,占地面积小,运行管理方便等特点,在回用领域越来越受到人们的重视,应用日益广泛。

2中水回用传统工艺

2.1传统工艺简介

总体来讲,中水处理工艺可分为以下3部分[1]:(1)前处理:主要包括除渣、沉砂、隔油和调节水量等;(2)主工艺:它是工艺的主体部分(主要有生物法和物化法两大类);(3)后处理:主要是消毒。

通常中水回用需将多种处理技术合理组合,深度处理污水,以达到回用水水质要求。具体来说它会因原水水质的不同而采用不同的组合方式[2]。以生活污水回用为例,传统工艺主要有以下两种:①物化+生化处理。其基本流程为:原水→格栅→调节池→混凝或气浮→沉淀→生物处理→沉淀→过滤→消毒→中水;②二段生化处理。其基本流程为:原水→格栅→调节池→一段生物处理→沉淀→二段生物处理→沉淀→过滤→消毒→中水。

2.2 传统工艺存在的问题

针对中水回用对水质,安全卫生条件,操作管理等要求,传统中水工艺在应用中存在以下问题:①对水质、水量的突变不易适应,出水水质易波动;②构筑物多,容积负荷低,占地面积大;③基建费用高,一次性投资大;④易发生污泥膨胀、滤料堵塞、散发臭味、影响环境卫生状况等;⑤对负荷、环境条件、生物量等许多因素的影响敏感,工艺操作要求严格,运行管理较难。

3膜生物反应器工艺

3.1 膜生物反应器工艺概述

MBR工艺是一种简洁、高效的污水处理与回用新工艺。在该工艺中,具有高效固液分离性能的膜组件取代了传统工艺中庞大的二沉池。由于膜单元的引入,系统处理效率大大提高,稳定性得到加强。其典型工艺流程如图1所示。

3.2 膜生物反应器工艺特点

与传统工艺相比,MBR工艺克服了其出水水质不够稳定、污泥容易膨胀等不足,具有以下特点:

污染物去除率高,出水水质好,稳定;同时,其出水浊度低,通常小于2NTU,细菌和病毒去除率高,基本上保证了出水的卫生安全,一般情况下可直接回用。

工艺流程简单,构筑物结构紧凑,占地面积小。由于膜技术的引入,大大提高了MBR的容积负荷,同时省去了传统工艺中的二沉池,因此其占地面积较传统工艺大幅减小。

剩余污泥产量少,污泥处理费用低。MBR内的污泥浓度高,可维持在10～20g/L,使得F/M值较低,从而污泥产量低[3]。

MBR实现了反应器HRT和SRT的完全分离,整个系统不受污泥膨胀等因素的影响[4],系统运行控制灵活、稳定,易于实现自动化,操作管理方便。

MBR设备布置可集中可分散,具有灵活性,可实现污水就地处理与回用。

3.3 膜生物反应器工艺应用于中水回用的优势

由于受使用目的和城市建筑限制,一般要求回用水必须要有良好的水质,不能产生卫生、安全上的问题,不能有视觉上或嗅觉上的不快感,同时要求处理系统简单,占地少,稳定性高,且易于管理[4]。MBR工艺正是具备了这些特点,而在中水回用中有着很大的优势:①出水水质明显优于传统工艺,可直接回用;②抗冲击负荷能力强,出水稳定,基本不受来水水质、水量波动的影响;③占地面积较传统工艺大幅减小,节省了用地;④工艺简捷,基本不会产生环境卫生问题,尤其是当回用设施位于城区或人口聚居区时,这一优势将更加明显;⑤工艺操作要求没有传统工艺那么严格,管理方便,在环境保护专业人员紧缺的情况下,其不失为一种好的选择;⑥易于实现就地回用,特别是对于一些给排水管网、处理设施等还不健全,但有回用需求的地区,MBR工艺无疑是最优选择。

4膜生物反应器在我国回用领域的应用现状

我国对MBR污水处理新工艺的研究始于20世纪90年代中期。虽然起步较晚,但近年来发展迅速。尤其是随着我国污水资源化市场需求的不断扩大,MBR在污水处理及回用中的应用愈加广泛。其工程应用正日益增多,规模不断扩大,回用水源也超出了传统的中水水源,已涉及到了工业污水领域,且处理能力由每天几十吨扩大到几千吨甚至几万吨[5],如目前国内正在运行的最大MBR废水资源化工程--北京密云县再生水厂回用工程(45000m3/d)、运行中的徐州卷烟厂污水处理及中水回用工程(2000m3/d)、巴陵石化污水处理与回用工程(7200m3/d)、建设中的北京北小河MBR污水处理与回用工程(60000m3/d)等。这表明我国的MBR设计能力、工程建设能力和运行管理技术已具备较高水平,其市场应用前景越来越广阔。

5结语

结合我国目前的经济发展水平和MBR工艺的特点,其在下列领域具有推广应用的潜力:高层建筑、大型宾馆、洗浴中心等单体建筑的中水回用;学校、企事业单位等的集中办公区或生活区的污水回用;住宅小区中水回用;大区域内的生活污水或城市污水的处理与回用;原有污水处理厂或处理设施的升级改造(技术改造、规模升级、出水水质提高或进行回用等)。

在中水回用已成为世界范围内大趋势的今天,MBR作为一种新型高效的污水处理与回用工艺,在水资源短缺,水体污染日益严重,环境意识不断增强的情况下蕴藏着巨大的生机。伴随着科技的发展以及对MBR研究与应用的日益深入,MBR的技术应用必将日趋成熟和完善,我们有理由相信,其投资、运行费用也会大幅降低。加之目前MBR已实现商业化生产,其市场规模正以前所未有的速度不断扩大。因此,可以预见,膜生物反应器作为中水回用的实用技术将越来越具有技术上、经济上的竞争优势,其应用前景将十分广阔。

参考文献

[1] 张林妹,胡彩霞,杜鸿等. 中水回用现状与发展前景. 水科学与工程技术,2008,1:1-3

[2] 黄明祝,周琪,李咏梅. 中水回用及展望. 再生资源研究,2003,5:19-21

[3] 杨造燕,匡志花,顾平,等. 膜生物反应器无剩余污泥排放的研究. 城市环境与城市生态,1999,12(1):16-18

[4] 黄霞,桂萍,范晓军,等. 膜生物反应器废水处理工艺的研究进展. 环境科学研究,1998,11(1):40-44

[5] 黄霞,曹斌,文湘华,等. 膜-生物反应器在我国的研究与应用新进展. 环境科学学报,2008,28(3):416-432

作者简介:李勤军,1982年出生,西安建筑科技大学环境工程专业在读硕士研究生;王志远,1948年出生,西安建筑科技大学环境与市政工程学院,教授;何玉磊,1985年出生,北京国环清华环境工程设计研究院,工程师;王卓艺,1982年出生,北京国环清华环境工程设计研究院,工程师。