膜生物反應(yīng)器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

1、.：.；膜生物反響器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析提要:膜生物反響器(MBR)是經(jīng)過膜分別技術(shù)強(qiáng)化 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水生物處置的新技術(shù)。綜述了該技術(shù)在我國的運(yùn)用現(xiàn)狀；并對(duì)MBR進(jìn)展初步的技術(shù)經(jīng)濟(jì) HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析。研討結(jié)果闡明：影響膜生物反響器運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的關(guān)鍵要素為膜通量和運(yùn)用壽命。 關(guān)鍵詞:膜生物反響器 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水處置 膜技術(shù) 膜通量 膜壽命膜生物反響器(MBR)是一種由膜分別單元與生物處置單元相結(jié)

2、合的新型水處置技術(shù)，與傳統(tǒng)的生化處置技術(shù)相比，MBR具有以下主要特點(diǎn)：處置效率高、出水水質(zhì)好； HYPERLINK epb2b t _blank 設(shè)備緊湊、占地面積??；易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、運(yùn)轉(zhuǎn)管理簡單。80年代以來，該技術(shù)愈來愈遭到注重，成為水處置技術(shù)研討的一個(gè)熱點(diǎn)。目前，膜生物反響器已運(yùn)用于美國、德國、法國、日本和埃及等十多個(gè)國家，處置規(guī)模在613000 m3/d。MBR在我國的運(yùn)用現(xiàn)狀近兩年來，膜生物反響器在國內(nèi)已進(jìn)入了適用化階段。MBR系統(tǒng)的處置對(duì)象從生活 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 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、

3、化工廢水、食品廢水、屠宰廢水、煙草廢水、豆制品廢水、糞便 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水、黃泔 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水等。從目前的趨勢(shì)看，中水回用將是MBR在我國推行運(yùn)用的主要方向。表1列舉了MBR在我國的運(yùn)用實(shí)例及處置效果。這些運(yùn)用實(shí)例闡明：MBR對(duì)生活 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水、高濃度有機(jī)廢水與難降解工業(yè)廢水的處置效果良好。 MBR在中水回用中的經(jīng)濟(jì) HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?

4、boardid=31 分析根據(jù) HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水水量、水質(zhì)及處置難易程度的不同，MBR處置工業(yè)廢水的一次性投資通常在4000 10000 元/m3，運(yùn)用于中水回用系統(tǒng)的MBR(規(guī)模為10500 m3/d)的一次性投資為25005000 元/m3，處置規(guī)模越大，單位處置 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水量的一次性投資越低。本文以處置規(guī)模為240 m3/d的回用系統(tǒng)做一初步的技術(shù)經(jīng)濟(jì) HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析。2.

5、1不同MBR系統(tǒng)的費(fèi)用 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析 采取費(fèi)用比較法進(jìn)展3類MBR系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì) HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析，它包括兩部分：MBR系統(tǒng)的工程建立費(fèi)用及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。 工程建立費(fèi)用=基建費(fèi)用(建筑工程費(fèi)+ HYPERLINK epb2b t _blank 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)轉(zhuǎn)費(fèi)用= HYPERLINK epb2b t _blank 設(shè)備折舊費(fèi)用(以10年計(jì))+膜改換費(fèi)用+動(dòng)力費(fèi)用+其他費(fèi)用(人員工資+維修清洗費(fèi) )。表1 MBR在我國的

6、運(yùn)用實(shí)例24污廢水種類處置才干(m3/d)COD(mg/L)BOD(mg/L)NH3-N(mg/L)SS(mg/L)進(jìn)水出水進(jìn)水出水進(jìn)水出水進(jìn)水出水洗浴 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水10 130322 409921250.5910.20.415500 印染廢水11100150018050040黃泔廢水1790012000 1006805 10130180 547505470 10 醫(yī)院 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水25482782520 0.410241制藥廢水501500490

7、018050016331029735415430103310 大樓 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水20092108 232732 839473.5 食品廢水500754803類MBR系統(tǒng)的建筑工程費(fèi)和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用分別見表2，表3(技術(shù)設(shè)計(jì)費(fèi)用均未思索)。 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分別式MBR；(2)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用大小依次為：無機(jī)膜MBR分別式MBR一體式MBR； 表2不同MBR系統(tǒng)的建筑工程費(fèi)用工程無機(jī)膜MBR一體式MBR分別式MBR進(jìn)口國產(chǎn)進(jìn)口國產(chǎn)國產(chǎn)基建費(fèi)用(萬元)35353

8、23235膜通量(L/(m2h)15015010.48.333.3膜面積(m2)67679601200300膜價(jià)錢(元/m2)100004000450 150300膜投資(萬元)672743189總投資(萬元)10262755044膜費(fèi)用所占比例(%)65.743.557.33620.5表3 不同MBR系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用工程無機(jī)膜MBR一體式MBR分別式MBR進(jìn)口國產(chǎn)進(jìn)口國產(chǎn)國產(chǎn) HYPERLINK epb2b t _blank 設(shè)備折舊本錢(元/m3)0.40.40.360.360.4膜的運(yùn)用壽命(a)1010422膜的改換費(fèi)用(元/m3)0.760.31.251.00.5電耗(kWh/m3)5

9、 5 0.80.83動(dòng)力費(fèi)用(元/m3) 2.5 2.5 0.4 0.4 1.5其他費(fèi)用(元/m3)0.150.150.150.150.15總費(fèi)用(元/m3)3.83.352.161.912.55膜的改換費(fèi)用比(%)20 9585220動(dòng)力費(fèi)用比(%)39.544.8211959注：處置規(guī)模240 m3/d。電費(fèi)按0.5元/(kWh)計(jì)。3)影響MBR系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的主要要素是動(dòng)力費(fèi)用與膜的改換費(fèi)用。膜的改換費(fèi)用是影響一體式MBR系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的關(guān)鍵要素；而動(dòng)力費(fèi)用是影響分別式MBR系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的關(guān)鍵要素。在3種MBR系統(tǒng)的建筑工程費(fèi)用中，一體式MBR與分別式MBR的一次性投資根本相當(dāng)，而一體式

10、MBR的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用為分別式MBR的75%。我國是缺水國家，北方地域缺水更為嚴(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(duì)于合理用水和節(jié)約水資源勢(shì)在必行。以北京市2000年供水價(jià)錢為例，居民生活用水價(jià)錢為1.8元/m3；賓館、洗車、洗浴等行業(yè)供水價(jià)錢為3.05.0元/m3。一體式膜生物反響器總運(yùn)轉(zhuǎn)本錢為1.9元/m3 ，用于中水回器具有明顯的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。同時(shí)可節(jié)省水資源，具有環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。 2.2影響MBR技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的相關(guān)要素 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析目前，對(duì)MBR系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì) HYPERLINK c

11、njlc/bbs/index.asp?boardid=31 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(duì)膜的處置才干(膜通量)與膜運(yùn)用壽命的估計(jì)存在很大的差別，直接影響對(duì)膜生物反響器的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。在表2中，一體式MBR(國產(chǎn)膜)膜通量設(shè)定為8.33 L/(m2h)，膜的運(yùn)用壽命為2a，膜價(jià)錢為150元/m2。下文僅討論膜通量、膜的運(yùn)用壽命及膜價(jià)錢的單要素變化對(duì)一體式膜生物反響器運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的影響，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖1，圖2和圖3。 圖1膜通量對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的影響圖2膜運(yùn)用壽命對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的影響圖3膜價(jià)錢對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的影響從圖1圖3可以得出：膜通量的提高、膜壽命的延伸、膜價(jià)錢的降低中任何單一要素的研討

12、進(jìn)展均會(huì)大幅度降低MBR的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。隨著膜制造技術(shù)的提高，膜質(zhì)量的提高和膜制造本錢的降低，MBR的投資與運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也會(huì)隨之大幅度降低。如聚乙烯中空纖維膜等新型膜資料的開發(fā)已使其本錢有很大降低。據(jù)估算，膜還有相當(dāng)大的降價(jià)空間，在未來的35 a內(nèi)，隨著膜資料的改良和消費(fèi)規(guī)模的擴(kuò)展，膜價(jià)錢有望降為目前的40%60%。隨著膜性能的提高、運(yùn)用壽命的延伸與膜價(jià)錢的降低，MBR的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用有望降低到1.0元/m3左右。 3影響MBR運(yùn)用的關(guān)鍵課題研討由于膜通量的提高、膜壽命的延伸會(huì)大幅度降低MBR的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，因此，在保證出水水質(zhì)的前提下，膜通量應(yīng)盡能夠大，這樣可減少膜的運(yùn)用面積，降低基建費(fèi)用與運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。因此控制

13、膜污染，堅(jiān)持較高的膜通量，是MBR研討的重要內(nèi)容。而膜通量與膜資料、操作方式、水力條件等要素親密相關(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。由于較高的投資本錢限制了無機(jī)膜生物反響器在我國的廣泛運(yùn)用，國內(nèi)MBR系統(tǒng)普遍采用有機(jī)膜。常用的膜資料為聚乙烯、聚丙烯等。分別式MBR通常采用超濾膜組件，截留分子量普通在230萬。截留分子量越大，初始膜通量越大，但長期運(yùn)轉(zhuǎn)膜通量未必越大。張洪宇進(jìn)展無機(jī)膜的通量衰減實(shí)驗(yàn)闡明：孔徑0.2m的膜比0.8 m的膜更適宜于MBR5。何義亮用PES平板膜組件進(jìn)展膜通量衰減規(guī)律的研討發(fā)現(xiàn)6：在該實(shí)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，

14、通量衰減率愈大；膜長期運(yùn)轉(zhuǎn)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(duì)于淹沒式MBR，既可用超濾膜，也可運(yùn)用微濾膜。由于膜外表的凝膠層也起到了過濾作用，在處置生活 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水時(shí)，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0.10.4 m微濾膜。 3.2操作方式的優(yōu)化當(dāng)膜資料選定后，其物化性質(zhì)也就根本確定了，操作方式就成為影響膜污染的主要要素。為了減緩膜污染，反沖洗是維持分別式MBR穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的重要操作，樊耀波經(jīng)過確定最正確反沖洗周期7，使分別式MBR的膜通量

15、到達(dá)60 L/(m2h)。針對(duì)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。桂萍經(jīng)過研討進(jìn)一步指出：縮短抽吸時(shí)間或延伸停吸時(shí)間和添加曝氣量均有利于減緩膜污染，抽吸時(shí)間對(duì)膜阻力的上升影響最大，曝氣量其次8。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9。有研討闡明：粉末活性炭與絮凝劑的參與有助于改善泥水分別性能，構(gòu)成體積更大、粘性更小的污泥絮體，減少了膜堵塞的時(shí)機(jī)。但絮凝劑的過量參與會(huì)使污泥活性遭到抑制，影響反響器的處置才干和處置效果5。 3.3水力學(xué)特性的改善改善膜面附近料液的流膂力學(xué)條件，如提高流體的膜面流速，減少濃差極化，

16、使被截留的溶質(zhì)及時(shí)被帶走，能有效降低膜的污染，堅(jiān)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管式膜組件調(diào)查不同膜面循環(huán)流速下污泥濃度對(duì)膜通量的影響，發(fā)現(xiàn)MLSS 對(duì)膜通量的影響程度與膜面循環(huán)流速有關(guān)1011。大量實(shí)驗(yàn)闡明：污泥過膜流態(tài)為層流，遠(yuǎn)比紊流時(shí)易于堵塞，因此從實(shí)際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、彭躍蓮研討均發(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1213。但他們對(duì)臨界膜面流速的計(jì)算值能夠偏高，由于污泥沿流道流動(dòng)的過程中，水同時(shí)透過膜流出，添加了流體在垂直方向的紊動(dòng)，從而在一定程度上降低了下臨界雷諾數(shù)(Rek)。何

17、義亮的發(fā)現(xiàn)證明了這一推論，平板膜組件由紊流到層流的Rek為1083，外壓管式膜組件的 Rek為966，均小于普通牛頓流體的下臨界雷諾數(shù)200011。分別式MBR中，普通采用錯(cuò)流過濾的方式，這有助于防止膜面堆積污染。對(duì)于一體式MBR，設(shè)計(jì)合理的流道構(gòu)造，提高膜間液體上升流速，使較大的曝氣量起到?jīng)_刷膜外表的錯(cuò)流過濾效果顯得尤為重要。劉銳經(jīng)過均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，得到適宜活性污泥流體的膜間液體上升模型，提出反響器構(gòu)造對(duì)液體上升流速的影響：在同樣的曝氣強(qiáng)度下，反響器越高，上升流通道越窄，下降流通道與底部通道越寬，那么越能獲得較大的膜間錯(cuò)流流速15。 能耗能耗是 HYPERLINK cnjlc/bbs/inde

18、x.asp?boardid=26 污水處置工藝的一個(gè)重要的評(píng)價(jià)目的，直接關(guān)系四處置方法的可行性。目前，常規(guī)分別式MBR運(yùn)轉(zhuǎn)能耗為34 kWh/m3，淹沒式MBR運(yùn)轉(zhuǎn)能耗為0.62 kWh/m3，高于活性污泥法的0.30.4 kWh/m3。較高的動(dòng)力費(fèi)用是MBR推行運(yùn)用中遇到的主要問題之一。許多研討結(jié)果也闡明：能耗是呵斥MBR運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高的主要緣由。張紹園 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析了分別式MBR的能耗組成：泵的熱能損失、曝氣能耗、管道阻力能耗、膜組件能耗和回流污泥水頭損失能耗，其耗能大小依次為：膜組件泵曝氣管道回流污泥，膜組件能耗占總能耗的40%50%，其中 80%用于膜過濾的能量以熱能的方式分發(fā)14。顧平對(duì)抽吸淹沒式MBR的能耗 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析闡明：曝氣的能耗占總能耗的96%以上17。通常研討者都以為能耗的降低與膜污染的控制是MBR研討領(lǐng)域兩個(gè)獨(dú)立的課題，而張紹園、鄭祥采用穿流式、錯(cuò)流式膜組件進(jìn)展分別式MBR研討發(fā)現(xiàn)：能耗隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延伸、膜污染的添加呈上升趨勢(shì)，從運(yùn)轉(zhuǎn)