MBR、MBBR+磁混凝是兩種比較受關(guān)注的技術(shù)比較
【蘭州純水設(shè)備http://m.smarts-edu.cn】MBR技術(shù)和MBBR+磁混凝技術(shù)是污水處理廠改造升級中備受關(guān)注的兩種技術(shù)路線。兩種工藝均可使生物處理能力提高一倍，與水廠現(xiàn)有工藝高度兼容。它們都是土地密集型過程。筆者對這兩個(gè)過程進(jìn)行了全面的比較，得出的結(jié)論如下:
MBR和MBBR+混凝磁路均可作為集約工藝，占地少，滿足生活污水處理廠升級、擴(kuò)建或新建的需要。生物池處理能力可提高100%。
對于升級和擴(kuò)建項(xiàng)目，MBBR路線更好。對于新項(xiàng)目，MBR路線和MBBR路線的選擇應(yīng)根據(jù)土地緊缺程度確定:當(dāng)土地需求量小于400m2/ 10000噸時(shí)，MBR工藝可以滿足要求;建筑面積要求400m2/ 10000 t時(shí)，優(yōu)先采用MBBR+磁凝方式。
當(dāng)設(shè)計(jì)水質(zhì)達(dá)到準(zhǔn)確Ⅳ類水質(zhì),MBBR路線可以提高精密過濾器加強(qiáng)SS治療效果。
MBBR+磁混凝路線，投資和運(yùn)行成本節(jié)約水處理設(shè)備，在工程實(shí)踐中顯示出良好的效果。
近年來,國家變得越來越嚴(yán)格的水環(huán)境的要求,提高污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn),在這一階段的新建造污水處理廠(變化、擴(kuò)張都需要達(dá)到的水平(gb18918 - 2002)標(biāo)準(zhǔn),準(zhǔn)Ⅳ部分需要達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在國內(nèi)改造過程中，膜生物反應(yīng)器(MBR)、移動(dòng)床生物膜工藝(MBBR)、磁凝等強(qiáng)化工藝逐漸受到重視并得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的工程實(shí)踐效果。通過比較MBR和MBBR +磁凝固(MBBR)流程路線,分析了適用的場景的等候的兩條技術(shù)改造方面的潛力,足跡的過程,過程符合當(dāng)前形勢下,投資和運(yùn)行費(fèi)用,提供參考的選擇忍耐轉(zhuǎn)換為國內(nèi)污水處理廠的技術(shù)路線。
1. MBR和MBBR路由概述
MBR，通過膜過濾實(shí)現(xiàn)污泥與水的分離，可以富集較高的污泥濃度在生化池中，增強(qiáng)處理效果;此外，膜法工藝可以有效地滿足SS的高排放標(biāo)準(zhǔn)要求。如果生化指標(biāo)(有機(jī)物、TN、TP、氨氮等)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，則可以排放出水消毒，這是一個(gè)高集成度的工藝。為了保護(hù)薄膜元件，對預(yù)處理要求嚴(yán)格，需要設(shè)置超細(xì)格柵、沉淀池等;如果進(jìn)水口超過設(shè)計(jì)流量限制， 則只能排放原水;這是一個(gè)典型的高能耗、高藥耗過程。
MBBR通過在反應(yīng)器中加入懸浮載體來提高生化處理效果，可以實(shí)現(xiàn)原位轉(zhuǎn)化和原位標(biāo)記;而MBBR屬于生化增強(qiáng)技術(shù)蘭州純水設(shè)備。對于SS和TP，最終供水是不可能實(shí)現(xiàn)的，需要與其他深加工技術(shù)相匹配。磁混凝，通過在混凝階段加載磁粉，可以增強(qiáng)混凝沉淀效果，保證SS和TP的加工效果，可以與MBBR相結(jié)合互補(bǔ)，形成密集的工藝組合。
二、MBR與MBBR路線技術(shù)比較
2.1 生物池提標(biāo)潛能比較
受二沉池運(yùn)行效果及處理能力的影響，一般生物池設(shè)計(jì)污泥濃度在3-4g/L，本部分比較按照原生物池設(shè)計(jì)平均污泥濃度3g/L進(jìn)行計(jì)算，f=0.7，即2.1gVSS/L。由于生物反應(yīng)受溫度及水質(zhì)影響較大，不同地區(qū)進(jìn)水水質(zhì)及溫度存在明顯差異，本部分比較通過能夠增加的最大等效生物量進(jìn)行比較，不討論其他因素。
MBR膜生物反應(yīng)器是一種將高效的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的污水處理工藝，它以共同結(jié)構(gòu)浸沒式膜組件置于曝氣池中，經(jīng)過好氧曝氣與生物處理后的水，由泵經(jīng)過濾膜過濾后以抽出。它與傳統(tǒng)污水處理方法大的差異在于替代了傳統(tǒng)生化工藝中的二沉池和三級處理工藝。根據(jù)膜的形式不同，MBR又分為平板膜和中空纖維膜，由于中空纖維膜較平板膜堆積密度更高，且應(yīng)用更為廣泛，采用中空纖維膜MBR進(jìn)行分析。現(xiàn)階段，一般運(yùn)行良好的MBR生物池，最大污泥濃度為8g/L，f=0.5，即提標(biāo)后，其最大生物為4gVSS/L，是提標(biāo)前的1.90倍。
MBBR為泥膜復(fù)合工藝，其生物量由兩部分組成，即池內(nèi)的活性污泥和填料表面的料上污泥。MBBR并非兩者簡單的疊加，二者會(huì)相互影響。當(dāng)系統(tǒng)加入填料后，生物膜會(huì)對活性污泥的處理能力產(chǎn)生一定的影響，按照改造前處理能力的80%計(jì)算，取f=0.7，即活性污泥項(xiàng)的等效污泥濃度為1.68g/L；而生物膜等效污泥濃度，按照填料掛膜量12g/m2計(jì)算，填料有效比表面積取800m2/m3，填充率為30%（全池計(jì)，相當(dāng)于好氧區(qū)HRT占50%且好氧區(qū)填充率60%，MBBR最大允許填充率為67%，已有工程中最大為62%），f=0.9，則生物膜上生物量等效污泥濃度為2.59g/L，即MBBR工藝總生物量為4.27gVSS/L，提標(biāo)后，最大生物量是提標(biāo)前的2.03倍。
經(jīng)比較可知，從生物量的角度，MBR與MBBR對生物池進(jìn)行提標(biāo)的最大能力是基本一致的，有效生物量MBBR略高。MBR可提高運(yùn)行污泥濃度，MBBR可增加懸浮載體投加量提高生物量。僅生化段（不包括膜池或二沉池），兩種工藝均可實(shí)現(xiàn)處理能力翻倍，不論是從一級B向一級A提標(biāo)，甚至直接提標(biāo)至準(zhǔn)IV，均能夠滿足處理要求。
2.2 與現(xiàn)況工藝契合度
1）預(yù)處理，現(xiàn)階段我國的一般污水廠預(yù)處理段采用兩級格柵，即粗格柵和細(xì)格柵，對應(yīng)柵條間距多為15-20mm，6-10mm，由于MBR工藝膜絲較細(xì)，為延緩堵塞，要求進(jìn)水前增加一道1-2mm的精細(xì)格柵（膜格柵）；而MBBR防止堵塞的機(jī)制在于填料和篩網(wǎng)之間水力學(xué)的良好設(shè)計(jì)，而非通過強(qiáng)化進(jìn)水?dāng)r截；但新增膜格柵占地很小，一般污水廠均可以解決。
2）生物處理，現(xiàn)況工藝為SBR類工藝時(shí)，對于MBR路線，可擴(kuò)建膜池，實(shí)現(xiàn)SBR轉(zhuǎn)連續(xù)流運(yùn)行；現(xiàn)況工藝為連續(xù)流工藝時(shí)，對于MBR路線，一般新建膜池，原有沉淀池廢棄或做他用。而對于MBBR路線，其鑲嵌式改造的特點(diǎn)，與兩類工藝均能較好嵌合，且合理利用已有構(gòu)筑物和工藝。
3）曝氣系統(tǒng)，由于生物量的增加，一般情況下，兩工藝路線均需對曝氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，均需要采用底部曝氣。
4）加藥系統(tǒng)，兩工藝路線對于加藥系統(tǒng)均無明顯影響，磁混凝部分需增加的PAM及磁粉投加系統(tǒng)可設(shè)置于磁混凝澄清池上部，無需改變原有加藥系統(tǒng)及新增用地。
5）污泥系統(tǒng)，由于處理能力的提升，剩余污泥量及化學(xué)污泥量均有一定程度的提高，兩工藝路線均需對污泥系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容水處理設(shè)備。根據(jù)規(guī)范，一般的A2O污泥齡為10~20d，MBR污泥齡15～30d，即MBR污泥齡是改造前的1.5倍，而MBR反應(yīng)池污泥量是改造前的2倍，故改造后剩余污泥量是改造前的133%，化學(xué)污泥量因除磷量的增加有略微上升；而對于MBBR路線，其等效污泥量為改造前的2倍，等效污泥齡約為改造前的1.7倍，故改造后剩余污泥總量為改造前的120%，化學(xué)污泥量與MBR工藝基本一致。
綜上，兩工藝路線對于現(xiàn)況工藝的契合度均較高，能夠在最小的改動(dòng)下實(shí)現(xiàn)污水廠的提標(biāo)。
2.3 工藝占地
對于升級改造，兩種路線均無需擴(kuò)建生化池，但均涉及新增占地。MBR路線，其主要的新增工藝占地為膜池及設(shè)備間；MBBR路線，其主要的新增工藝占地為磁混凝澄清池。兩種路線升級改造的典型案例數(shù)據(jù)比較如表1所示。MBR部分，設(shè)計(jì)時(shí)除了考慮變化系數(shù)外，要考慮膜通量下降對于膜組件的補(bǔ)充，設(shè)計(jì)時(shí)一般預(yù)留10-20%，同時(shí)，盡管膜通量各異，但隨著規(guī)模的增大，噸水占地指標(biāo)將減小，MBR工藝污水廠的新增占地在280-450m2/萬噸。磁混凝澄清池工藝占地受表面負(fù)荷影響，一般可取20-40m3/m2/h，萬噸水占地在60-100m2/萬噸，遠(yuǎn)小于MBR的占地，僅為其1/3以下。比較C和E污水廠，MBR新增占地287m2/萬噸，MBBR+磁混凝新增占地71.2m2/萬噸，后者僅為前者的24.8%，此時(shí)MBBR+磁混凝路線占地更優(yōu)。
MBR與MBBR路線 孰優(yōu)孰劣？聚焦污水廠升級改造工藝選擇
對于新建，相比于傳統(tǒng)工藝，MBBR或MBR均可將生化池占地縮小50%。但MBBR需要新增沉淀池，考慮周進(jìn)周出矩形二沉池表面負(fù)荷較高且占地利用率高，一般可取0.8-1.2m3/m2/h，沉淀池和深度處理的占地仍需400-600m2/萬噸。此時(shí)需根據(jù)占地要求選擇，當(dāng)占地要求<400m2/萬噸時(shí)，MBR工藝可滿足要求，當(dāng)占地要求≥400m2/萬噸時(shí)，優(yōu)先推薦MBBR+磁混凝路線。
對于原生化池提量，兩種路線均能實(shí)現(xiàn)生化池處理能力提升100%。當(dāng)提量100%、處理能力翻倍時(shí)，MBBR路線需擴(kuò)建一半規(guī)模二沉池，新增占地在230-360m2/萬噸，小于MBR路線占地。
當(dāng)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)需達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類水質(zhì)時(shí)，兩路線的核心關(guān)鍵差別在于SS。MBR可實(shí)現(xiàn)出水SS<5mg/L，而目前尚無磁混凝出水SS穩(wěn)定達(dá)到5mg/L以下的報(bào)道，需要在此技術(shù)上新增過濾單元。蘭州純水設(shè)備過濾單元可采用高精度纖維轉(zhuǎn)盤濾池，高精度濾布當(dāng)量孔徑為5微米，其設(shè)計(jì)濾速應(yīng)控制在7m3/m2/h以內(nèi)，其萬噸水占地在50m2/萬噸以下，噸水投資在50-100元/t，運(yùn)行費(fèi)用小于0.05元/t。
具體到工程項(xiàng)目中，因各水廠仍存在具體情況的差異，如現(xiàn)況沉淀池是否需改造或擴(kuò)建、已有深度處理工藝流程及運(yùn)行情況等，均可能對兩種路線的占地需求產(chǎn)生影響，選擇時(shí)仍需要結(jié)合具體項(xiàng)目具體分析。
三、MBR與MBBR路線投資運(yùn)行比較
3.1 投資對比
對于污水處理廠，投資與工藝路線的選擇息息相關(guān)，需要在滿足出水水質(zhì)要求的情況下，盡量降低投資及運(yùn)行成本。
MBR投資主要由設(shè)備費(fèi)和土建費(fèi)用組成，其中，設(shè)備費(fèi)占較大比重，一般在60%以上，伴隨著MBR技術(shù)的研發(fā)日益成熟，MBR設(shè)備費(fèi)近年來顯著降低，從原來的噸水投資3000元以上，下降到現(xiàn)在的600-1000元，未來有望進(jìn)一步降低，這也是這幾年國內(nèi)能夠大規(guī)模應(yīng)用MBR的關(guān)鍵；土建費(fèi)用受污水廠形式（全地下、半地下、地上式）、場地條件影響較大，無法統(tǒng)一衡量水處理設(shè)備，對于地上式污水廠，土建費(fèi)用一般在設(shè)備費(fèi)用的1/3左右。
因MBBR部分無土建變動(dòng)，其投資全部為設(shè)備費(fèi)用，受設(shè)計(jì)水質(zhì)影響較大，一般噸水投資在200-500元/t；而磁混凝噸水設(shè)備投資在150-250元/t，由于工藝負(fù)荷較高，土建占地面積小，其土建投資一般在100元/t以下，路線整體投資在350-750元/t。同MBR路線相比，MBBR路線在投資上具有較大優(yōu)勢。
3.2 運(yùn)行成本
僅比較運(yùn)行成本的差異項(xiàng)，非全部運(yùn)行成本。無論是采用MBR工藝，還是MBBR工藝，其運(yùn)行成本主要由以下幾部分組成：藥劑費(fèi)、電費(fèi)和易耗品折舊費(fèi)用（MBR為膜、MBBR為填料）。由于兩種工藝的生物池部分曝氣量、設(shè)備功率基本一致，且除磷加藥量相當(dāng)，因此該部分費(fèi)用不計(jì)入比較。即藥劑費(fèi)的對比僅對比除磷藥劑外的其他藥劑，電費(fèi)的對比僅對比MBR工藝設(shè)備及磁混凝工藝設(shè)備的電度電費(fèi)，由于全廠變壓器容量不同帶來的基本電費(fèi)差異不計(jì)入比較。
通過對幾個(gè)實(shí)際污水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，MBR工藝的噸水電費(fèi)及噸水折合膜更換費(fèi)用（按照使用年限5年計(jì)算）均在0.2元以上，藥劑費(fèi)用在0.01元左右，MBR工藝的平均運(yùn)行成本在0.5元以上；對于MBBR工藝路線，僅計(jì)算其填料折舊費(fèi)用，按照使用年限10年計(jì)算，其噸水成本在0.1元以下；而磁混凝工藝的噸水藥劑費(fèi)用在0.02元左右，噸水電費(fèi)在0.02元左右，因此，MBBR+磁混凝其總運(yùn)行費(fèi)用在0.2元以下。MBBR+磁混凝工藝路線在運(yùn)行費(fèi)用上較MBR工藝具有較大的優(yōu)勢。水處理設(shè)備 去離子水設(shè)備
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