膜生物反应器在我国的研究及应用(3)

　　对于淹没式MBR，既可用超滤膜，也可使用微滤膜。由于膜表面的凝胶层也起到了过滤作用，在处理生活污水时，微滤膜与超滤膜的出水水质没有明显差别，因此淹没式MBR多采用0.1—0.4μm微滤膜。

        2.2.2  操作方式的优化

　　当膜选定后，真物化性质也就确定了，因此，操作方式就成为影响膜污染的主要因素。为了减缓膜污染，反冲洗是维持分离式MBR稳定运行的重要操作，樊耀波通过数学推导，得出膜的最佳反冲洗周期测定公式  f（t)=(Qf—Qb)/(tb+tf），该方法避免通过试探性实验确定反冲洗周期的作法，为MBR系统自动化控制的实现提供了一个重要途径。针对抽吸淹没式MBR，Ymamoto提出间歇式抽吸方式可有效减缓膜污染。桂萍通过研究进一步指出：缩短抽吸时间或延长停吸时间和增加曝气量均有利于减缓膜污染，抽吸时间对膜阻力的上升影响最大，曝气量其次。

　　不仅污泥浓度、混合液粘度等影响膜通量，混合液本身的过滤性能，如活性污泥性状、生物相也影响膜通量的衰减。有研究表明：粉末活性炭（PAC）与絮凝剂的加入有助于改善泥水分离性能，形成体积更大、粘性更小的污泥絮体，减少了膜堵塞的机会。但絮凝剂的过量加人会造成污泥活性受到限制，影响反应器的处理能力和处理效果。

        2.2.3  水力学特性的改善

　　改善膜面附近料液的流体力学条件，如提高流体的进水流速，减少浓差极化，使被截留的溶质及时被带走。黄霞、何义亮分别采用PAN平板式超滤膜、PAN/PS管式膜组件考察不同膜面循环流速下污泥浓度对膜通量的影响，发现MLSS对膜通量的影响程度与膜面循环流速有夫。大量试验表明：污泥过膜流态为层流远比紊流的易于堵塞，因此从理论上确定不同污泥浓度下紊流发生的最小膜面流速（Vmin）有重要意义。邢传宏、彭跃莲研究均发现：最小膜面流速与污泥浓度之间呈良好的线性夫系。但他们对临界膜面流速的计算值可能偏高，因为污泥沿流道流动的过程中，水同时透过膜流出，增加了流体在垂直方向的紊动，从而在一定程度上降低了下临界雷诺数（Rek）。何义亮的发现证实了这一推论：平板膜组件由紊流到层流的Rek为1083，外压管式膜组件的Rek为966，均小于一般牛顿流体的下临界雷诺数2000。

　　分离式MBR中，一般均采用错流过滤的方式；而一体式MBR实质上是一种死端过滤方式。与死端过滤相比，错流过滤更有助于防止膜面沉积污染。因此设计合理的流道结构，提高膜间液体上升流速，使较大的暖气量起到了冲刷膜表面的错流过滤效果对于淹没式MBR显得尤为重要，刘锐通过均匀设计试验，得到适合活性污泥流体的膜间液体上升模型，提出反应器结构对液体上升流速的影响：在同样的暖气强度下，反应器越高，上升流通道越窄，下降流通道与底部通道越宽，则越能获得较大的膜间错流流速。该模型为一体式MBR反应器结构的设计提供了理论依据，但有待实践的验证。

        2.3  能耗

　　能耗是污水处理工艺的一个重要的评价指标，直接夫系到处理方法的可行性。目前，常规分离式MBR运行能耗为3—4kw·h/m3，淹没式MBR运行能耗为2kw·h/m3，远高于活性污泥法0.3-0.4kwh/m3，较高的运行费用是MBR推广应用中遇到主要问题。许多研究结果表明：能耗是造成MBR运行费用高的主要原因。张绍园分析了分离式MBR的能耗组成：泵的热能损失、曝气能耗、管道阻力能耗、膜组件能耗和回流污泥水头损失能耗，其耗能大小依次为：膜组件＞泵＞曝气＞管道＞回流污泥，膜组件能耗占总能耗的40—50％，真中80％用于膜过滤的能量以热能的方式散发。顾平对抽吸淹没式MBR的能耗分析表明：曝气的能耗占总能耗96％以上。通常研究者都认为能耗的降低与膜污染的控制是MBR研究领域两个独立的课题，而张绍国、郑祥采用穿流式、错流式膜组件进行分离式MBR研究发现：能耗随运行时间的延长、膜污染的增加呈上升趋势，从运行初期的不足0.5kWh/m3增加到3kwh/m3。这说明：分离式膜生物反应器的能耗问题实质是膜污染问题。

　　为了进一步降低能耗，顾平应用位差驱动出水和低水头间断工作的重力淹没式MBR，较好克服了膜的污染与阻塞，使膜长时间保持较大的膜通量，并且省去复杂的气水反冲洗设备、降低曝气量，使  MBR处理生活污水的能耗可下降到1.0kw·h／m3。

        3  膜生物反应器在污水处理中的应用

        3.1  MBR在中水回用中的经济分析

　　应用于中水回用系统的MBR工艺（规模为25－100m3/d）的一次性投资为3500－4000元/m3，膜组件的费用占25％左右，以十年计的设备折旧成本（上建与设备材料费用，不含膜组件）为0.68－0.83元／m3，膜的更换费用（以两年计）为1.0元/m3，运行费为0.3-0.5元/m3，其总运行费为2.0-2.3元/m3由于膜价格还有相当大的降价空间，据有关专家估算，在未来的3—5年内，膜价格有望降为目前的25—50％，那将大大降低MBR的一次性投资与膜的更换费用。随着膜价格的降低与使用寿命的延长，新型高效低能耗MBR的开发，MBR的运行总费用有望降低到1.5元/m3。

　　以膜生物反应器工艺的处理费用为例得出中水的产出效益：中水回用相当于节约等量新鲜水而创造的直接经济效益。以北京市2000年居民为供水价1.8元／m3计，而宾馆、洗车、洗浴等行业供水价为3.0—5.0元／m3，高于一般城市居民的自来水用水价格，而膜生物反应器总运行成本为2.3元／m3，单纯从经济利益上考虑目前对某些行业来说也是经济的。在现有自来水价偏低的情况下，自来水供水费及排污费仍有增加的趋势，因此可以预见，膜生物反应器作为污水回用技术将会愈来愈具有经济、技术上的竞争优势。

        3.2  MBR的应用实例及前景

　　近一两年，膜生物反应器在国内已进入了实际应用阶段。1998年，大连大器公司设计的200m3/d的中水回用装置就己在大连投入运行；天津德人公司首先开发了重力淹没式MBR，该技术在2000年己应用于天津普辰大厦的中水回用系统，处理规模为25m3／d，该装置占地仅2.8m2，处理成本为1.05元／m3；上海荏原公司研究开发的PW系统己成功地应用于数十个行业的高浓度有机废水处理，规模从5m3／d至700m3／d不等；杭州华滤、哈尔滨鹭滨等公司在MBR开发应用方面都具有一定的竞争力。表8列举了一些MBR在我国的应用实例及处理效果。在南方地区，MBR目前主要应用于高浓度有机废水处理；而在天津、大连严重缺水的北方地区，MBR主要做为中水回用技术。 (责任编辑：泉水)

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