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

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簡介： 通過對采用膜生物反應(yīng)器工藝和采用生物接觸氧化工藝處理洗浴廢水兩個應(yīng)用實例的運(yùn)行監(jiān)測，對兩種工藝實際運(yùn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行比較分析，闡述兩種工藝應(yīng)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(yīng)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(shè)部頒布了最新的生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)，同時新的城鎮(zhèn)污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定了廢水資源化的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)?？偟膩碚f，對污水處理和回用的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求有越來越嚴(yán)格。

膜生物反應(yīng)器技術(shù)（Membrane Bioreactor）是二十世紀(jì)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(yīng)用，大大提高了處理出水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)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(yīng)用越來越多，大有取代近十年來占據(jù)主導(dǎo)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(yīng)器除了技術(shù)的先進(jìn)性外，是否具備良好的技術(shù)性能、適用性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性？

本文通過對本公司建設(shè)運(yùn)行的兩個應(yīng)用不同工藝的中水處理工程實際運(yùn)行效果進(jìn)行對比分析，探討兩種工藝在實際應(yīng)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(yīng)器技術(shù)應(yīng)用到中水回用處理的單位，并且是國家“863”課題“膜生物反應(yīng)器技術(shù)產(chǎn)業(yè)化”的承擔(dān)單位之一。自2000年底第一臺實際應(yīng)用的一體式膜生物反應(yīng)器研制成功后，經(jīng)過改進(jìn)，目前已形成了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。并建立了膜生物反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)化基地。

本文進(jìn)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(yīng)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(yīng)器一臺，分兩個模塊，每個模塊處理能力為120m³/d可單獨(dú)運(yùn)行一個或同時運(yùn)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(shè)計加工膜組件。要求處理出水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，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(yùn)行，目前已運(yùn)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(shè)備一套，處理能力240m³/d。要求處理出水達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，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(yùn)行，目前已投入運(yùn)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(jìn)行正常的運(yùn)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(yùn)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(yīng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)。從監(jiān)測結(jié)果看，鋒尚國際公寓膜生物反應(yīng)器出水LAS始終低與0.25mg/l，平均0.16mg/l，平均去除率97.5%，遠(yuǎn)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(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10mg/l，對綠化要求小于20mg/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0.75mg/L，去除率達(dá)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(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(dá)到95%以上。

3.2 工程經(jīng)濟(jì)性能分析

1．投資經(jīng)濟(jì)性分析

表 1 鋒尚國際公寓膜生物反應(yīng)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(jì)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(shè)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(shè)備占地面積
土建占地面積110m²6050170m²12050

土建投資不含機(jī)房外管線投資

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16％以上，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40％。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)可抵消膜生物反應(yīng)器的設(shè)備投資增加部分，因此從投資經(jīng)濟(jì)性來看，兩種工藝應(yīng)基本相當(dāng)。

2．運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

影響中水系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的因素較多，包括：電力消耗、藥劑使用量、設(shè)備維護(hù)、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(fèi)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(yùn)行費(fèi)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(yùn)行情況看，膜生物反應(yīng)器的運(yùn)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(yīng)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(yùn)行成本的組成看，兩種工藝的成本組成均以折舊和耗電費(fèi)占據(jù)主要份額，分別達(dá)到78.7%和80%。其次是人員管理費(fèi)用。

表 1 鋒尚國際公寓膜生物反應(yīng)器中水工程與程運(yùn)行經(jīng)濟(jì)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(yùn)行結(jié)果分析表明，膜生物反應(yīng)器技術(shù)是一項處理效果好、經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(xiàn)

1. 馬世豪、梁輝等：一體式膜生物反應(yīng)器技術(shù)和工程應(yīng)用規(guī)程，中國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會：2003

2. 黃霞等：膜－生物反應(yīng)器廢水處理工藝的研究進(jìn)展，環(huán)境科學(xué)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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