膜生物反應器工藝和生物接觸氧化工藝中水處理的技術(shù)經(jīng)濟性分析

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簡介： 通過對采用膜生物反應器工藝和采用生物接觸氧化工藝處理洗浴廢水兩個應用實例的運行監(jiān)測，對兩種工藝實際運行的技術(shù)和經(jīng)濟性能進行比較分析，闡述兩種工藝應用于城市建筑中水回用的優(yōu)缺點和適用性。
關(guān)鍵字：膜生物反應器 生物接觸氧化工藝 中水處理 洗浴廢水

1. 前言

由于中水回用政策的出臺，中水回用用途日益廣泛，特別是北京市，大部分住宅小區(qū)、酒店、寫字樓等中水回用于沖洗馬桶、綠化、洗車、水景等用途，與人體的接觸越來越密切，因此對中水的水質(zhì)提出了更高的要求。今年，建設部頒布了最新的生活雜用水標準，同時新的城鎮(zhèn)污水廠排放標準也規(guī)定了廢水資源化的水質(zhì)標準?？偟膩碚f，對污水處理和回用的出水水質(zhì)標準要求有越來越嚴格。

膜生物反應器技術(shù)（Membrane Bioreactor）是二十世紀九十年代發(fā)展起來的污水處理新技術(shù)，是生物處理與膜分離技術(shù)相結(jié)合的一種高效污水處理工藝。由于膜的應用，大大提高了處理出水的水質(zhì)標準，較為符合中水回用用途要求的發(fā)展趨勢。鑒于這種趨勢，膜生物反應器技術(shù)近兩年在小型污水處理和城市建筑中水（洗浴廢水為原水）方面應用越來越多，大有取代近十年來占據(jù)主導地位的生物接觸氧化工藝的趨勢。但是，作為一種新的技術(shù)，膜生物反應器除了技術(shù)的先進性外，是否具備良好的技術(shù)性能、適用性和運行經(jīng)濟性？

本文通過對本公司建設運行的兩個應用不同工藝的中水處理工程實際運行效果進行對比分析，探討兩種工藝在實際應用的優(yōu)缺點。

2．案例簡介

北京碧水源科技發(fā)展有限公司是我國較早將膜生物反應器技術(shù)應用到中水回用處理的單位，并且是國家“863”課題“膜生物反應器技術(shù)產(chǎn)業(yè)化”的承擔單位之一。自2000年底第一臺實際應用的一體式膜生物反應器研制成功后，經(jīng)過改進，目前已形成了系列化、標準化產(chǎn)品。并建立了膜生物反應器產(chǎn)業(yè)化基地。

本文進行探討的兩個工程分別介紹如下：

2.1 鋒尚國際公寓中水處理工程

鋒尚國際公寓中水處理工程采用膜生物反應器工藝，原水為洗浴廢水，水量240m³/d，采用碧水源公司生產(chǎn)的pwmbr-240c一體式膜生物反應器一臺，分兩個模塊，每個模塊處理能力為120m³/d可單獨運行一個或同時運行兩個模塊。處理能力240m³/d。為采用日本三菱公司生產(chǎn)的中空纖維膜，由碧水源公司設計加工膜組件。要求處理出水達到回用標準，回用于沖廁、洗車和小區(qū)綠化。中水處理工程于2002年5月投入運行，目前已運行1年6個月。

工藝流程如下：

2.2 陽光100國際公寓中水處理工程

陽光100國際公寓中水處理工程采用傳統(tǒng)生物接觸氧化法工藝，原水為洗浴廢水，水量240m³/d，采用碧水源公司生產(chǎn)的pwbx-240一體式中水接觸氧化設備一套，處理能力240m³/d。要求處理出水達到回用標準，回用于沖廁、洗車和小區(qū)綠化。中水處理工程于2001年12月投入運行，目前已投入運行1年11個月。

工藝流程如下：

2.3 研究方法

自2003年4月至2003年8月，分別對上述兩個工程進行正常的運行，監(jiān)測出水水質(zhì)、記錄耗電量、投藥量、出水量和其他工作狀況條件等參數(shù)。水質(zhì)分析主要監(jiān)測COD_cr, BOD₅, LAS，NH3-N等

3．運行結(jié)果分析和討論

3.1 處理出水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果分析

1．COD的去除

從兩種工藝的COD去除效果看，膜生物反應器工藝與生物接觸氧化工藝相比，

具有以下明顯優(yōu)勢：鋒尚國際公寓膜生物反應器出水水質(zhì)明顯優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定，平均出水COD為17.25mg/l, 平均去除率91％。雖然原水COD變化較大，出水水質(zhì)均能保持在45mg/l以下。陽光100生物接觸氧化工藝出水雖然也能滿足中水標準，但平均出水COD較高，為36mg/l，平均COD去除率75％并且變化較大，出水明顯受原水水質(zhì)狀況的影響。

2．LAS的去除

LAS是洗浴廢水中主要的污染成分，對LAS去除的效果是中水處理工藝優(yōu)劣的重要指標。從監(jiān)測結(jié)果看，鋒尚國際公寓膜生物反應器出水LAS始終低與0.25mg/l，平均0.16mg/l，平均去除率97.5%，遠優(yōu)于陽光100的接觸氧化工藝（平均出水LAS 0.9mg/l）。

3．氨氮的去除

建設部新頒布的生活雜用水水質(zhì)標準對氨氮要求，對洗車和沖廁，要求小于10mg/l，對綠化要求小于20mg/l。膜生物反應器對氨氮有很好的去除效果，出水平均氨氮為0.75mg/L，去除率達95％，接觸氧化法工藝氨氮去除效果較差，出水氨氮平均5.75mg/l，去除率44％。由于膜分離對硝化細菌的高效截留作用，生物反應器內(nèi)可以維持高濃度的硝化細菌，因此可以獲得非常高的硝化效果，氨氮去除率可以達到95%以上。

3.2 工程經(jīng)濟性能分析

1．投資經(jīng)濟性分析

表 1 鋒尚國際公寓膜生物反應器中水工程與陽光100國際公寓生物接觸氧化法工藝中水工程投資經(jīng)濟性分析

項目鋒尚國際公寓陽光100國際公寓處理能力（m³/d）240240土建投資（萬元）2526設備投資（萬元）4532工程總投資（萬元）6758噸水投資（元）27922417總占地面積 （m²）
設備占地面積
土建占地面積110m²6050170m²12050

土建投資不含機房外管線投資

膜生物反應器投資明顯高于生物接觸氧化工藝，噸水投資約高出16％以上，主要是設備投資明顯增大，前者要比后者設備投資高出40％。但從設備占地面積看，前者只有后者的一半。如果將占地所產(chǎn)生的成本折算，應可抵消膜生物反應器的設備投資增加部分，因此從投資經(jīng)濟性來看，兩種工藝應基本相當。

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、設備維護、人員等，尤其是膜生物反應器，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。。從本文的兩個工程運行情況看，膜生物反應器的運行成本，較接觸氧化稍低，主要原因是碧水源公司的膜生物反應器采用日本三菱公司的膜材料，壽命長，折合噸水投資較少。

從運行成本的組成看，兩種工藝的成本組成均以折舊和耗電費占據(jù)主要份額，分別達到78.7%和80%。其次是人員管理費用。

表 1 鋒尚國際公寓膜生物反應器中水工程與程運行經(jīng)濟性分析

4．結(jié)語

通過兩個采用不同工藝的中水回用工程實際運行結(jié)果分析表明，膜生物反應器技術(shù)是一項處理效果好、經(jīng)濟性能優(yōu)越的中水回用處理工藝，尤其是其穩(wěn)定優(yōu)秀的水質(zhì)，對保證中水回用的安全性，具有重要的意義。膜生物反應器技術(shù)在中水回用領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的前景。

5．主要參考文獻

1. 馬世豪、梁輝等：一體式膜生物反應器技術(shù)和工程應用規(guī)程，中國工業(yè)標準化協(xié)會：2003

2. 黃霞等：膜－生物反應器廢水處理工藝的研究進展，環(huán)境科學研究，11(1)，40-44(1998)

3. Stephenson, T., Judd, S., Jefferson, B. and Brindle K. Membrane bioreactor for wastewater treatment. London: IWA Publishing, 2000

4. Yamamoto, K., Hiasa, M., Mahamood, T. and Matsuo, T., Direct solid-liquid separation using hollow fiber membrane in an activated sludge aeration tank. Wat. Sci. Tech., 21, 43-54(1989).

5. Magara, Y. and Itoh, M., The effect of operational factors on solid/liquid separation by ultra-membrane filtration in a biological denitrification system for collected human excreta treatment plants. Wat. Sci. Tech., 23, 1583-1590(1991).

6. Xia Huang, Ping Gui, Xianghua Wen, Yi Qian: Treatment of refractory organic compound using a membrane bioreactor, 21 Century- International Symposium on Membrane Technology and Environment Protection, p.129-135, Sep. 18-21, Beijing, China

作者：梁 輝 高級工程師，副總經(jīng)理

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