工艺技术 提标改造：MBR工艺应用争议及改进

1、技术方面


1.1产水量下降

产水量下降的问题主要表现在以下3个方面:

胶通量下降、膜清洗周期缩短、稳定性下降。

在膜池设计时宜每组预留一定的膜组件安装空间,或设置一些空置的膜池,以备在某些膜组件性能下降后,可以安装新的膜组件以保证维持正常的产水量。

1.2耐水量冲击负荷能力差

当进水水量超过膜的极限通量时,跨膜压差急剧加大,导致抽吸出水量下降,但出水水质不受影响。

传统活性污泥工艺中,峰值流量超过设计值会加大沉淀池的水力负荷,出水水质受到影响而导致处理效率下降,峰值水流通过适当加大沉淀池出水堰的堰上水头流出。

因此与传统工艺相比,MBR工艺可以保证出水水质,但难以承受较大的水量冲击负荷,所以对于水量波动较大的污水处理厂应慎重使用MBR工艺。

对于小型污水处理厂,建议通过加大生化池超高、加大抽水泵的额定流量、适当增大膜片面积来解决,但是会增加投资费用;对于大型污水处理厂,建议与传统污水处理工艺配套使用,以应对水量冲击,而且MBR工艺的育品质产水,还可造当降低配套平行工艺的出水要求。

1.3存在技术壁垒

由于各膜厂商的膜材料和膜组件差异较大,相关的技术参数多掌握在各个膜厂商处,存在较严重的技术壁垒。

MBR工艺实际上是改进或强化型的生物处理工艺,是膜与生物反应器的整合。

目前,前端预处理、污泥和空气系统没有根据膜分离的特点加以优化调整,生化处理部分与后续膜分离系统之间的衔接缺乏优化设计经验,全流程设计经验和参数不全,忽视控制仪表和设备的选择,缺乏标准化的运行指导,影响了MBR工艺的运行效果、膜寿命和能耗。

2、经济方面

2.1投资费用较高

MBR工艺技术含量较高,自动化程度较高,一次性投资较高。据统计,市政领域MBR工艺的总投资费用为2100~7000元/m3/d,平均约3800元/m3/d。

据统计,我国2012年所有市政污水处理厂的平均总投资费用是2200元/m3/d,比MBR工艺低很多。

以生物处理和再生水处理两部分的费用之和与MBR工艺做比较,二级生物处理+滤布滤池的投资费用最低,但出水水质不如MBR工艺;考虑接近的出水水质,二级生物处理+浸没式超滤投资与MBR工艺相差不大。

2.2能耗高

根据数据,市政领域MBR工艺的电耗为0.5~0.8(kW*h)/m,其中,控制膜表面污堵的膜池擦洗占能量消耗的比例最大,约为25%;生化段供氧曝气占比也较大,约为21%。

与传统工艺相比,膜池擦洗、膜抽吸系统及膜清洗系统是MBR工艺能耗增加的主要方面,总占比近40%。

MBR工艺比传统活性污泥法能量消耗高是其主要的劣势所在。

近年来,各方也在研究并采用了多种有效的优化方式来减少能源需求,如通过多段氧平衡分析,重新设计生物曝气量;
改善膜组件配置,调整膜擦洗曝气系统降低擦洗风量;
通过模型模拟技术和自动化控制,寻求更有效的曝气模式来提高曝气效率。

2.3运行成本轴高

MBR工艺的处理成本主要是由电费、药剂费、人工费、污泥处理处置和膜组件设备的折旧费用(寿命)等组成,其中,电费和设备折旧费所占比例较大,成本分别约为0.3~0.5、0.15-~0.30元/n3，运行费本的差异与项目规模、膜组件形式、进水水质、结构形式等均有较大关系。


根据《2013中国环境状决公报》,传统工艺的直接经营成本平均约为0.62元/m3,而MBR工艺的直接经营成本在0.5~0.9元/m3,较传统工艺高约0.15元/m3,加上设备折旧费要高出近0.4元/m3。

节能降耗及运行成本的优化降低将是MBR工艺发展的主要方向,涉及到膜材质改性、膜材料价格、膜组件构造、曝气方式及参数的忧化、项目水质特性的匹配性、项目自控水平和项目运行管理水平等方面,需要综合优化提升。

3、改进措施与建议

3.1提高膜的制造水平

为了更好地发挥MBR工艺的优势,应提高膜的制造水平,开发新型的针对市政污水处理的膜材料及对现有的膜材料进行改性,制备出其有高通量、高强度、高亲水性能且价格低廉的膜材料。

3.2改进膜组件

膜组件的优化对于实际装置运行十分重要,是制约膜技术广泛运用的一个关键因索。开发研制性能优越、抗污堵能力强、节能的新型膜组件才能促进MBR工艺更广泛运用。

3.3整体流程的优化

既要保证MBR工艺的处理效果,又要保证其能长时间稳定运行。目前主要包括:

膜与新型污水处理技术的组合;

降低能耗的措施和技术;

膜污染的控制及运行条件的稳定化;

提升氮、磷的去除能力;

反应器各段氧平衡分配技术;

运行方式的控制与优化。

3.4标准化

虽然MBR工艺的应用已越来越广泛,但是仍没有国家统一的标准规范。

首先,膜产品的种类众多,形式多样,不同膜厂商的膜产品之间缺乏可靠的比较结果,在选择上缺乏可指的依据;

其次,各个膜厂商的自身数据库较完善,有自己的设计参数和规范,但彼此之间相差较大,对于全行业来说没有统一或综合的设计手册和规范,对于技术人员来说没有充分的设计依据;

同时,MBR工艺对运行管理的要求较高,但是膜厂商大多只是提供膜组件,工程公司仅负责工程建造,对于后续维护和管理无相应的规范指导和标准。

因此,建议应从膜组件、设计、运行操作3方面建立一整套合理的MBR工艺的规范和标准,有利于提高经济性和竞争力,促进其进一步广泛应用。

3.5引入市场评估与准入机制

膜厂商较多且在膜组件的设计上又形式多样,用户选择比较困难,许多膜产品在运行开始的1年内差别不是很大,但是在离线清洗后恢复性较差,运行1、2年后差别加大。

因此,建议能建立统一的评估机构,对拟应用的各膜厂商产品做1年以上的运行评估,综合考滤膜通量的稳定性、冲击负荷的耐受性、清洗的恢复性、低温的稳定性等,通过整套的评估后,设定同等业绩或规模的准入许可。

同时,目前在国内市政领域应用的主要膜组件绝大多数已起过5年,建议对其实际的运行情况进行跟踪核查评定,并设定逐步晋级制度。