第七講一體式膜生物反應器在酒店中水回用的工程應用

一體式膜生物反應器技術在酒店中水回用中的工程應用

膜生物反應器是將膜技術應用于污水處理的一項新興技術，是由膜過濾取代了傳統(tǒng)的技術中的二沉池，提高了泥水分離效率。同時膜可以強化曝氣池中的生化反應，使曝氣池中活性污泥濃度增大；在污泥中出現(xiàn)特效菌（特別是優(yōu)勢菌群），提高了生化反應速率。在膜生物反應器中緊湊的空間內同時實現(xiàn)微生物對污染物質的降解和超濾膜對污染物質的分離，而降解與分離之間又存在著協(xié)同作用。所以說，膜生物反應器是一種高效、實用的污水處理技術。

膜生物反應器簡介

膜生物反應器作為一種新型高效的廢水生物處理技術,具有如下特點:

１．對污染物去除效率高,抵抗污泥膨脹能力強,出水水質穩(wěn)定,出水中沒有懸浮物。２．膜的機械截留避免了微生物的流失,生物反應器內可保持高的污泥濃度,從而提高體積負荷,降低污泥負荷,減少占地面積。３．剩余污泥量少,大大降低了污泥處理費用。

４．實現(xiàn)了水力停留時間和污泥停留時間的徹底分離,使設計、操作大大簡化。

５．膜生物反應器工藝結構緊湊,易于實現(xiàn)一體化自動控制,運行管理方便。由于工藝本身的原因,膜生物反應器也存在一些缺點:

膜堵塞問題;膜制造成本偏高。由于膜生物反應器具有出水水質好、占地面積小、維修簡便和操作靈活等優(yōu)點，在水資源日益緊張的今天，膜生物反應器作為一種新型、高效的水處理技術已受到各國水處理工作者的重視。

膜生物反應器首先在美國應用于廢水處理的研究，發(fā)展到現(xiàn)在，可以分為： 第一代膜生物反應器，又稱為分離式膜生物反應器，生物反應器與膜組件通過泵與管線連接構成，生物反應器的混合液經(jīng)泵增壓后進入膜組件，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統(tǒng)處理水，而固形物、大分子物質等則被膜截留，隨濃縮液回流到生物反應器內。 第二代膜生物反應器，稱為一體式膜生物反應器，膜組件直接置于反應器中，通過泵的抽吸，得到過濾液。 本技術研究主要探討一體式膜生物反應器的實際應用。國內外膜生物反應器的研究及應用現(xiàn)狀膜生物反應器流程示意圖膜組件工作原理圖分離式膜生物反應器一體式膜生物反應器膜生物反應器分類

分置式膜生物反應器運行穩(wěn)定可靠,易于更換及增設,但需循環(huán)泵提供較大膜面流速,動力消耗大。一體式膜生物反應器則將膜組件與生物反應器合并放置,通過抽真空產(chǎn)生負壓獲得出水,動力費用低。優(yōu)缺點比較膜組件結構圖中空纖維膜絲結構圖

內徑（μm）320～350

壁厚（μm）40～50

透氣率（×10-2cm3/cm2.s.cmHg）5～8

膜通量（L/m2/h）≧120

平均孔徑（μm）0.1～0.2

孔隙率（%）40～45

縱向強度（Mpa）＞120PP膜的性能

強度高：縱向抗拉強度為120Mpa，破裂強度1.0Mpa，因其強度高，PP膜在使用過程中可以進行較高壓力的反沖洗，使膜的使用壽命大大延長。

耐酸堿：能耐強酸、強堿及耐腐蝕，化學穩(wěn)定性好，不易產(chǎn)生化降解。

高通量：膜微孔呈微裂紋型,在相同截留率時，與園形孔相比，有較高的通量。應用廣：可加工成疏水膜和親水膜，應用于不同的領域。PP膜的特點

膜生物反應器在國外進行了較長時間的研究，并且在飲用水、生活污水、工業(yè)廢水處理等方面得到了應用。隨著水污染和水短缺問題的加重，國內也加快了研究步伐，1997年中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心開始了穿流式膜—生物反應器的研究工作，清華大學、同濟大學、天津大學等高校開展了分離式MBR和一體式MBR的研究。目前，膜—生物反應器已有在大樓廢水、生活污水回用、醫(yī)院廢水處理的工程實例，但應用工程數(shù)量還較少。同國外相比，我國的膜生物技術開發(fā)及應用尚存在較大的差距，國產(chǎn)專用于膜—生物反應器的膜材料、膜組件、工程使用過程中的膜清洗技術，均有待加快研究和開發(fā)。膜生物反應器在國內外的研究應用現(xiàn)狀

我國是世界上13個貧水國之一，目前，我國600余座城市中有300余座缺水，有些城市水資源嚴重匱乏，全國城市缺水60×108m3/a，因缺水而減少的工業(yè)產(chǎn)值>1200億元/a，且呈現(xiàn)增長之勢。自2000年5月以來，由于干旱缺水，已有150個城市先后開始實行定時限量供水，嚴重影響了城市的可持續(xù)發(fā)展。 以水質及水價都較生活飲用水低的中水，來代替生活飲用水沖洗衛(wèi)生器具、綠化等，可節(jié)約很大部分高質水量，節(jié)約了寶貴的水資源，緩和了城市水的供需矛盾、減少了城市排水系統(tǒng)的負擔，控制了水污染，保護了生態(tài)環(huán)境，其所具有的社會效益和環(huán)境效益必會帶來顯著的經(jīng)濟效益。膜生物反應器在實際應用中的推廣意義

中水開發(fā)與回用技術近期得到了迅猛發(fā)展，在美國、日本、印度、英國等國家（尤以日本為突出）得到了廣泛的應用。這些國家均以本國度、區(qū)域的特點，確定出適合其國情、國力的中水回用技術，使中水回用技術越來越趨于完善。如今，水資源的缺乏已為許多城市的發(fā)展造成阻礙，而且水價一路攀升，中水回用勢在必行，中水回用工程的不斷開展，必將在創(chuàng)造環(huán)境效益和社會效益的同時帶來可觀的經(jīng)濟效益。 經(jīng)多方面研究證實膜生物反應器處理生活污水只需根據(jù)生活污水有機物濃度、處理水量大小適當調整運行工藝參數(shù)，其出水水質完全可以達到《生活雜用水水質標準》。

工程應用項目

項目名稱：大連香格里拉酒店中水回用工程項目地點：大連香格里拉酒店

香格里拉大酒店有一部分客房洗澡間的排水水量為160噸／天（最大），水質狀況為BOD≤50mg/l,COD≤100mg/l,SS≤150mg/l；此部分水直接排放尚需處理，應用又達不到生活雜水用水標準。另一方面，酒店一部分客房需沖洗廁所的水量最大可達60噸／天（原來用自來水）。針對此情況，設計制造一套中水處理設施（最大處理水量為60噸／天），使廢水達標后用于沖廁（或視情況用作綠化、刷車與空調冷卻水）。這樣既處理了廢水，又節(jié)省了自來水。項目背景

酒店原有一套中水處理設施，但因方法與效果不理想而進行改造，原因如下：（1）原中水處理采用三級處理的方法，雖然有一定處理效果，但是占地面積大、處理效率低。在這次的中水處理設施改造工程中，我們采用了先進的膜處理技術。該技術具有占地面積小、處理效率高、易于操作和維護、處理后的水可擴大回用用途等優(yōu)點。（2）原中水處理設施日處理能力為165m3，而酒店現(xiàn)有管路回用水量及實際需求最多為每天60m3，這樣造成了藥劑、電費、管理費、占地的浪費，經(jīng)過改造后的處理設施最大處理量與酒店的最大回用量相當，避免了浪費。 改造后，中水改造設施所需空間減少至原中水系統(tǒng)占地的17％，為酒店節(jié)省了大量寶貴空間。

本項目中的原水水質的主要指標如下：

從水質監(jiān)測結果可以看出，該酒店洗衣廢水COD、BOD的濃度較低；同時，洗衣廢水中含有一定數(shù)量的陰離子合成洗滌劑，這部分污染物往往都是較難生化降解的。因此，對于這種有機物濃度低、含較難生化降解物質的廢水，在采用生化處理工藝時，應向原水中投加一定數(shù)量的營養(yǎng)鹽，以增加廢水的可生化處理性，同時有利于特殊菌屬的增長與繁殖。項目原水BOD（mg/L）50COD（mg/L）100SS（mg/L）150香格里拉酒店水質特點

目前國內外主要采用的中水處理工藝：

1、以生化處理為主的工藝流程 適用于有機物含量較高的生活污水的處理及回用。對于全截流生活污水，廢水中的主要污染物為有機污染物必須采取以生化為主的處理工藝流程。

2、以物理化學為主的處理工藝 適用于有機物含量較少、水分變化較大的廢水處理。一般用于優(yōu)質雜排水的處理。

工藝的確定

中水處理工藝技術線路與流程的確定應考慮以下幾個方面的因素： （a）來水水質的特征； （b）節(jié)約工程投資； （c）降低處理成本； （d）減小占地面積； （e）便于運行管理等。

根據(jù)本項目所針對的水質、水量的特點，本項目采用一體式膜生物反應器，即生物法與物理法處理相結合的工藝。工藝流程簡圖工藝流程圖

機械格柵格柵的作用是去除污水及管道中較大的固體雜質，防止堵塞水泵及超濾膜。 調節(jié)池調節(jié)池調節(jié)水量，均化水質，使后續(xù)處理設備在相對穩(wěn)定的條件下工作。風機曝氣除臭，降溫。

工藝介紹

生物選擇池生物選擇池利用生物分解與物理過濾相結合的方法處理污水。生物分解：在池內布有曝氣裝置，選用好氧微生物代謝分解有機污物。物理過濾：中空纖維膜組件置于生物選擇池中，污水浸沒膜組件，通過吸引泵的抽吸，利用膜絲內腔的小的抽吸負壓來運行抽水。

消毒以上工序處理的水中還含有不少有害病菌，通過消毒劑投加系統(tǒng)向水中定量投加消毒劑，可以殺死大部分的細菌。水中的余氯還有持續(xù)的消毒能力，從而保證出水在回用過程中不被細菌再次污染。 營養(yǎng)劑由于原水COD、BOD比較低，為維持生物選擇池中生物的生長，必要的時候添加營養(yǎng)劑。

補充說明：中空纖維膜組件分離過濾孔的孔徑為0.1μm，是懸浮固體、膠體、細菌等的有效屏障，出水水質好，可靠性高、穩(wěn)定性強。中空纖維膜絲較細，有較好的柔韌性，能保持較長的壽命。即使有膜絲破損的現(xiàn)象發(fā)生，由于膜絲內徑僅為270μm，可被污泥迅速阻住，對處理水質完全沒有影響?，F(xiàn)場照片觸摸屏自動顯示系統(tǒng)

一體式膜生物反應器

膜生物反應器由于自身工藝的特點，存在著膜污染的問題。 膜污染是影響系統(tǒng)運行的關鍵問題，適當?shù)牟僮鞣椒梢杂行У乜刂颇の廴?，提高膜的使用性能及壽命?本工程采用了低壓、恒流、間歇抽吸出水和空曝氣等方法來防止膜表面污染，延緩膜過濾阻力的增加。工程關鍵措施

1、中空纖維膜表面凝膠層會在高的操作壓力下變得更加密實，導致過濾阻力的增加，出水通量減小，因此，本工程采用較低的操作壓力，并且調節(jié)自吸泵出口的閥門，控制流量計的數(shù)值，保持恒定的出水流量，使系統(tǒng)在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。

2、本工程中一體式膜生物反應器采用間歇性抽吸出水；這樣可以延緩膜污染速度，延長超濾膜使用周期。防止膜污染實施方式

具體實施方式為：在電控柜中設定自吸泵雙計時器為9分鐘“運行”，3分鐘“停止”，自吸泵的運轉效率為75%，每日運行時間為18個小時，從而保證膜生物反應器中一定的空曝氣時間。自吸泵的間歇操作可通過定期地停止膜過濾，使混合液流向膜面的流速為零，而由于空曝氣產(chǎn)生的剪切作用，使膜面沉積的污物脫落，膜過濾性能有所恢復，同時，在停抽過程中，由濃差極化引起的膜面有機物積累也會由擴散作用返回混合液主體。工程主要性能指標項目一體式膜生物反應器占地面積48m2

操作性全自動（自動化程度高）維護性易于維護處理效果（mg/L）COD6.16（平均）BOD0.57（平均）SS0運行費用0.807元／噸水回用用途沖廁、綠化、刷車、景觀用水工程總結

通過大連香格里拉大酒店中水回用工程實踐，我們可以得出以下結論：

1、一體式膜生物反應器應用于酒店中水回用，是國內領先的應用成果，國內在有關一體式膜生物反應器技術在酒店中水處理工程中具體應用實例方面，并沒有相關的文獻報道。

2、一體式膜生物反應器應用于酒店中水回用，具有占地面積小，自動化程度高，易于操作和維護的優(yōu)點。以香格里拉大酒店工程為例，一體式膜生物反應器中水回用系統(tǒng)于酒店原有中水回用系統(tǒng)相比，占地面積僅為原來的25％。

3、一體式膜生物反應器應用于酒店中水回用，具有出水水質良好的優(yōu)點，在香格里拉大酒店酒店中水回用工程中，對膜生物反應池出水水質進行監(jiān)測，其出水COD濃度最大值為7.84mg/l，平均6.16mg/l，BOD5最高值為0.67mg/l，平均值0.57mg/l，出水SS始終為0，陰離子洗滌劑（LAS）均<0.2mg/l，出水完全達到生活雜用水標準及日本建設部都布局、住宅局、衛(wèi)生部環(huán)衛(wèi)局提出的生活雜用水水質標準。出水不僅可回用于水洗廁所用水、空調冷卻水，還可回用于汽車等沖洗用水、灑水、掃地用水以及水池噴水。4、一體式膜生物反應器應用于酒店中水回用，具有非常明顯的節(jié)水效果，在香格里拉大酒店中水回用工程中，一體式膜生物反