MBR一体化设备利用膜生物反应器进行污水处理及回用,出水水质好、运行成本低、系统抗冲击性强、污泥量少、自动化程度高。
MBR一体化设备是杭州中晟环境科技有限公司采用膜生物反应器(Membrane Bioreactor, MBR)技术进行污水处理及回用的新一代一体化设备。膜生物反应器是一种将高效膜分离技术与传统活性污泥法相结合的先进污水处理工艺,通过膜组件代替传统二沉池,实现泥水的高效分离。
MBR技术的核心原理在于:利用微滤膜或超滤膜的精密过滤作用(膜孔径通常为0.1-0.4微米),将活性污泥混合液中的微生物菌体和大分子有机物完全截留在生物反应器内,只允许清水透过膜组件排出。这样做的好处是:一方面,反应器内的微生物浓度可以维持在极高水平(7000-18000mg/L,是传统工艺的5倍),大幅提高了生化处理效率;另一方面,膜的物理截留作用确保了出水中几乎不含悬浮物和细菌,出水水质远优于传统工艺。
MBR一体化设备具有膜生物反应器的所有优点:出水水质好、运行成本低、系统抗冲击性强、污泥量少、自动化程度高等。作为一体化设备,其还具有占地面积小、便于集成安装的特点。它既可以作为小型的污水回用设备独立运行,又可以作为较大型污水处理厂(站)的核心处理单元,是目前污水处理领域研究的热点之一,具有广阔的应用前景。
污水进入MBR系统后,首先进入A区(兼氧/缺氧区)。A区内放置填料,并与活性污泥进行充分接触,在缺氧环境下完成反硝化脱氮反应,将硝态氮还原为氮气排出。随后污水自流进入O区(好氧区),O区内放置膜组器,通过曝气系统为微生物提供充足的氧气,同时曝气产生的气流对膜表面进行冲刷,防止膜污染。
O区中使用PVDF(聚偏氟乙烯)中空纤维膜或平板膜将活性污泥和大分子有机物质截留住,省掉了传统工艺中的二沉池。活性污泥浓度因此大大提高,水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)可以分别独立控制,互不干扰。而难降解的有机物质在反应器中不断反应、降解,处理效率大幅提升。经进一步处理后,被处理水可以达标排放或作为中水回用。
MBR工艺流程:污水 → 格栅 → 调节池 → 缺氧池(A区) → 膜生物反应区(O区) → 污泥池 → 中水清水池 → 达标排放/回用
MBR一体化设备适用范围极为广泛,主要包括以下三大类:
MBR工艺和传统活性污泥法相比有很多显著的优势,详细对比如下:
在MBR工艺中,活性污泥浓度一般控制在7000至18000mg/L,这相当于传统污泥系统污泥浓度的五倍。因此,MBR工艺的生化处理效率得到极大提高,同等处理能力下反应池占地面积可节约60%。另外,由于膜组件代替了传统工艺中的澄清池、砂滤池等深度处理设施,这些占地面积较大的构筑物就可以取消。综合计算,MBR工艺可节约整个污水处理厂占地面积50%-70%,对于土地资源紧张的城市和工业园区具有极大的应用价值。
经过MBR工艺处理的污水浊度几乎检测不到悬浮物,浊度小于1NTU。结合了膜分离技术的生化处理工艺,MBR产水几乎可以应用于所有非饮用型回用领域——农业绿化灌溉、锅炉补给水(RO预处理)和工业工艺给水等。同时MBR工艺可以有效减少病原性细菌的存在,例如大肠杆菌和隐孢子虫等,出水的卫生安全性远高于传统工艺。MBR出水如需进一步深度处理(如反渗透脱盐),由于水质优良,可作为RO系统的理想进水,大幅延长RO膜使用寿命。
在污水处理过程中,通过培养微生物对污染物进行好氧氧化等生化降解,微生物氧化过程中获得的ATP首先用于维持微生物的生命活性,然后才是用于合成细胞组分。因此,维持代谢的污泥减量技术即是增加用于维持代谢的能量需求,降低用于细胞增殖的能量,从而达到污泥减量的目的。主要的方法是通过延长污泥龄来实现减量化。MBR是最典型的延长污泥龄的工艺,系统中的污泥龄可长达30-60天甚至更长。MBR系统可强化系统内微生物的维持代谢,减少剩余污泥产量,甚至可实现无剩余污泥排放。与传统活性污泥法相比,MBR系统的污泥产率可降低30%-50%,大大节约了污泥处理和处置的费用。
通过去除初沉池和澄清池等处理单元,MBR集成为一个一体化工艺来运行。无需污泥沉淀,也无需投加化学药剂(如絮凝剂和混凝剂),因此也就取消了传统情况下需要的化学药剂投加系统和储药设施。此外,通过取消受污泥浓度和性状影响较大的污泥沉淀池,可以最少化取样和分析化验的次数,减少化验室的建设投资。总体上,MBR工艺可以有效减少工作量,同时MBR工艺易于操作,运行稳定。因此很多MBR项目都是由兼职的技术服务人员通过远程和现场控制相结合的方式进行管理,节省了大量的人力成本。
| 项目 | CODcr (mg/L) | BOD₅ (mg/L) | NH₃-L (mg/L) | TP (mg/L) | TN (mg/L) | SS (mg/L) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 城市杂用水 | — | 10 | 10 | — | — | — |
| 景观环境用水 | — | 6 | 5 | 0.5 | 15 | 10 |
| 国家一级A | 50 | 10 | 5 | 0.5 | 15 | 10 |
| 地表水IV类 | 30 | 6 | 1.5 | 0.3 | 1.5 | — |
| MBR出水 | 20-30 | 4 | 1.0-1.5 | 0.1-0.3 | 3-5 | <5 |
| 地表水III类 | 20 | 4 | 1.0 | 0.2 | 1.0 | — |
从对比表可以看出,MBR出水水质远优于国家一级A排放标准,主要指标接近甚至达到地表水III类标准,完全满足中水回用、农业灌溉、景观补水、工业用水等各类回用需求。
MBR工艺的核心优势有四点:一是占地面积仅为传统工艺的1/5,活性污泥浓度可达7000-18000mg/L,是传统工艺的五倍,处理效率大幅提高;二是污泥产量极少,通过延长污泥龄可实现污泥减量30%-50%,甚至零排放;三是出水水质更优,可稳定达到一级A标准甚至地表水IV类标准,浊度小于1NTU;四是运行管理更简便,无需投加絮凝剂、无需二沉池管理,可实现远程自动控制。
正常维护条件下,PVDF膜组件使用寿命可达5-8年。日常运行中只需定期进行在线化学清洗(一般每3-6个月一次)即可保持膜通量稳定,无需频繁更换。膜组件采用模块化设计,单个膜元件可以独立更换,维护成本可控。建议建立完善的膜清洗维护制度,定期监测跨膜压差(TMP),当TMP超过设定值时及时进行化学清洗。
MBR出水水质远优于国家一级A排放标准,CODcr可低至20-30mg/L,BOD₅可低至4mg/L,NH₃-L可低至1.0-1.5mg/L,接近地表水III类标准。出水可广泛用于:城市中水回用(冲厕、洗车、道路清扫)、农业灌溉、景观补水、工业冷却水、锅炉补给水预处理等领域。如需进一步深度处理(如反渗透),MBR出水是理想的RO进水水源。
MBR设备的运行成本主要包括电费、药剂费和膜更换费用。虽然膜曝气需要消耗一定电能,但由于省去了二沉池、砂滤池等设施的运行费用,取消了絮凝剂和混凝剂的投加,减少了人工管理成本,综合运行成本与传统工艺基本持平。特别是考虑到出水可作为中水回用产生经济效益,MBR的综合经济效益更为显著。
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