膜生物反應(yīng)器作為中水回用技術(shù)將會愈來愈具有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上的競爭優(yōu)勢。預(yù)計(jì)中水回用將是MBR在我國推廣應(yīng)用的主要方向。目前我國膜生物反應(yīng)器在中水回用中的應(yīng)用實(shí)例尚少，需結(jié)合我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和MBR工藝的特點(diǎn)，進(jìn)一步加強(qiáng)研究以推動其工程化應(yīng)用的進(jìn)程。
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)合的新型水處理技術(shù)，與傳統(tǒng)的生化處理技術(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、占地面積小；易實(shí)現(xiàn)自動控制、運(yùn)行管理簡單。80年代以來，該技術(shù)愈來愈受到重視，成為水處理技術(shù)研究的一個熱點(diǎn)。目前，膜生物反應(yīng)器 已應(yīng)用于美國、德國、法國、日本和埃及等十多個國家，處理規(guī)模在6～13000m3/d。
1MBR在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀
近兩年來，膜生物反應(yīng)器在國內(nèi)已進(jìn)入了實(shí)用化階段。MBR系統(tǒng)的處理對象從生活污水?dāng)U展到高濃度有機(jī)廢水和難降解工業(yè)廢水，如制藥廢水、化工廢水、食品廢 水、屠宰廢水、煙草廢水、豆制品廢水、糞便污水、黃泔污水等。從目前的趨勢看，中水回用將是MBR在我國推廣應(yīng)用的主要方向。表1列舉了MBR在我國的應(yīng) 用實(shí)例及處理效果。這些應(yīng)用實(shí)例表明：MBR對生活污水、高濃度有機(jī)廢水與難降解工業(yè)廢水的處理效果良好。
2MBR在中水回用中的經(jīng)濟(jì)分析
根據(jù)污水水量、水質(zhì)及處理難易程度的不同，MBR處理工業(yè)廢水的一次性投資通常在4000～10000元/m3，應(yīng)用于中水回用系統(tǒng)的MBR(規(guī)模為 10～500m3/d)的一次性投資為2500～5000元/m3，處理規(guī)模越大，單位處理污水量的一次性投資越低。本文以處理規(guī)模為240m3/d的回 用系統(tǒng)做一初步的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。
2.1不同MBR系統(tǒng)的費(fèi)用分析
采取費(fèi)用比較法進(jìn)行3類MBR系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析，它包括兩部分：MBR系統(tǒng)的工程建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用。
工程建設(shè)費(fèi)用=基建費(fèi)用(建筑工程費(fèi)+設(shè)備購置及安裝費(fèi)+不可預(yù)見工程費(fèi))+膜的購置費(fèi)用。運(yùn)行費(fèi)用=設(shè)備折舊費(fèi)用(以10a計(jì))+膜更換費(fèi)用+動力費(fèi) 用+其他費(fèi)用(人員工資+維修清洗費(fèi))。3類MBR系統(tǒng)的建筑工程費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)用分別見表2，表3(技術(shù)設(shè)計(jì)費(fèi)用均未考慮)。從表2，表3可以看出： (1)3類MBR系統(tǒng)的一次性投資費(fèi)用大小依次為：無機(jī)膜MBR＞一體式MBR＞分離式MBR；(2)運(yùn)行費(fèi)用大小依次為：無機(jī)膜MBR＞分離式MBR＞ 一體式MBR；
(3)影響MBR系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的主要因素是動力費(fèi)用與膜的更換費(fèi)用。膜的更換費(fèi)用是影響一體式MBR系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)鍵因素；而動力費(fèi)用是影響分離式 MBR系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)鍵因素。在3種MBR系統(tǒng)的建筑工程費(fèi)用中，一體式MBR與分離式MBR的一次性投資基本相當(dāng)，而一體式MBR的運(yùn)行費(fèi)用為分離式 MBR的75%。我國是缺水國家，北方地區(qū)缺水更為嚴(yán)重，許多城市不得不采取限量供水和超量用水加倍收費(fèi)等措施。因此，中水回用對于合理用水和節(jié)約水資源 勢在必行。以北京市2000年供水價格為例，居民生活用水價格為1.8元/m3；賓館、洗車、洗浴等行業(yè)供水價格為3.0～5.0元/m3。一體式膜生物 反應(yīng)器總運(yùn)行成本為1.9元/m3，用于中水回用具有明顯的競爭優(yōu)勢。同時可節(jié)省水資源，具有環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。同時可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技 術(shù)文檔。
2.2影響MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價的相關(guān)因素分析目前，對MBR系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的結(jié)論存在較大的差別。主要是由于在MBR系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對膜的處理能力(膜 通量)與膜使用壽命的估計(jì)存在很大的差別，直接影響對膜生物反應(yīng)器的經(jīng)濟(jì)評價。在表2中，一體式MBR(國產(chǎn)膜)膜通量設(shè)定為8.33L/(m2·h)， 膜的使用壽命為2a，膜價格為150元/m2。下文僅討論膜通量、膜的使用壽命及膜價格的單因素變化對一體式膜生物反應(yīng)器運(yùn)行費(fèi)用的影響，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖 1，圖2和圖3。
從圖1～圖3可以得出：膜通量的提高、膜壽命的延長、膜價格的降低中任何單一因素的研究進(jìn)展均會大幅度降低MBR的運(yùn)行費(fèi)用。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的投資與運(yùn)行費(fèi)用也會隨之大幅度降低。如聚乙烯中空纖維膜等新型膜材料的開發(fā)已使其成本有很大降低。據(jù)估算，膜還有相 當(dāng)大的降價空間，在未來的3～5a內(nèi)，隨著膜材料的改進(jìn)和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，膜價格有望降為目前的40%～60%。隨著膜性能的提高、使用壽命的延長與膜價 格的降低，MBR的運(yùn)行費(fèi)用有望降低到1.0元/m3左右。
3影響MBR應(yīng)用的關(guān)鍵課題研究
由于膜通量的提高、膜壽命的延長會大幅度降低MBR的運(yùn)行費(fèi)用，因此，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研究的重要內(nèi)容。而膜通量與膜材料、操作方式、水力條件等因素密切相關(guān)。
3.1膜的選擇
現(xiàn)有膜可分為有機(jī)膜和無機(jī)膜兩種。由于較高的投資成本限制了無機(jī)膜生物反應(yīng)器在我國的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)MBR系統(tǒng)普遍采用有機(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。截留分子量越大，初始膜通量越大，但長期運(yùn)行膜通量未必越大。張洪宇進(jìn)行無機(jī)膜的 通量衰減試驗(yàn)表明：孔徑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)律的研究發(fā)現(xiàn)：在該試驗(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。對于淹沒式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濾作用，在處理生活污水時，微濾膜與超濾膜的出水水 質(zhì)沒有明顯差別，因此淹沒式MBR多采用0.1～0.4μm微濾膜。
3.2操作方式的優(yōu)化
當(dāng)膜材料選定后，其物化性質(zhì)也就基本確定了，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 通過確定最佳反沖洗周期，使分離式MBR的膜通量達(dá)到60L/(m2·h)。針對抽吸淹沒式MBR，山本提出間歇式抽吸方式可有效減緩膜污染。桂萍通過研 究進(jìn)一步指出：縮短抽吸時間或延長停吸時間和增加曝氣量均有利于減緩膜污染，抽吸時間對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。但絮凝劑的過量加入會使污泥活性受到抑制，影響反應(yīng)器的處理能力和處理效果。
3.3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，如提高流體的膜面流速，減少濃差極化，使被截留的溶質(zhì)及時被帶走，能有效降低膜的污染，保持較高的膜通量。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)流速下污泥濃度對膜通量的影響，發(fā)現(xiàn)MLSS對膜通量的影響程度與膜面循環(huán)流速有 關(guān)。大量試驗(yàn)表明：污泥過膜流態(tài)為層流，遠(yuǎn)比紊流時易于堵塞，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關(guān)系。但他們對臨界膜面流速的計(jì)算值可能偏高，因?yàn)槲勰嘌亓鞯懒鲃拥倪^程中，水同時透過膜流出， 增加了流體在垂直方向的紊動，從而在一定程度上降低了下臨界雷諾數(shù)(Rek)。
