400噸中水回用MBR方案

1、上海白龍港城市污水處理廠城市污水MBR工藝回用處理工程設(shè)計(jì)方案同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究分院二零零五年四月十八日上海白龍港城市污水處理廠污水MBR工藝回用處理工程設(shè)計(jì)方案上海白龍港城市污水處理廠城市污水MBR工藝回用處理工程設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)證書編號：國設(shè)甲字第0900231號專項(xiàng)設(shè)計(jì)證書：國環(huán)設(shè)甲字第0256號院長：丁潔民分管院長：夏四清分管總工：章非娟審核人：章非娟工程負(fù)責(zé)人：吳志超同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究分院二零零五年四月十八日上海白龍港城市污水處理廠城市污水MBR工藝回用處理工程設(shè)計(jì)方案工程負(fù)責(zé)人：吳志超工藝專業(yè)：吳志超結(jié)構(gòu)專業(yè)：畢亞明電氣專業(yè)：吳學(xué)茂同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)

2、計(jì)研究院環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究分院二零零五年四月十八日目錄1.概述11.1地理位置11.2地勢11.3氣象11.4地震11.5水文地質(zhì)21.6地下水位21.7概況22.工程設(shè)計(jì)內(nèi)容42.1設(shè)計(jì)范圍42.2設(shè)計(jì)內(nèi)容42.3設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)42.4主要設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)42.5設(shè)計(jì)原則53.膜與膜生物反應(yīng)器63.1膜的分類與性能63.2膜生物反應(yīng)器的類型和特點(diǎn)73.3MBR在廢水處理工程中的研究歷史83.4MBR在廢水處理工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀93.5平板膜和中空纖維膜MBR的應(yīng)用對比114.工藝技術(shù)路線的選擇155.處理工藝流程及設(shè)計(jì)參數(shù)175.1回用處理工藝方案175.2廢水處理工藝方案的說明175.3廢水處理工

3、藝方案的設(shè)計(jì)參數(shù)185.4處理效果預(yù)測186.工藝設(shè)計(jì)197.人員編制與運(yùn)行管理21同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院 3 環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究分院1.概述1.1地理位置上海位于北緯31度14分，東經(jīng)121度29分，地處太平洋西岸，亞洲大陸東沿，長江三角洲前緣，東瀕東海，南臨杭州灣，西接江蘇、浙江兩省，北界長江入?？冢L江與東海在此連接。上海正當(dāng)我國南北弧形海岸線中部，交通便利，腹地廣闊，地理位置優(yōu)越，是一個良好的江海港口。白龍港污水處理廠位于上海市浦東新區(qū)合慶鎮(zhèn)，已建的白龍港污水預(yù)處理廠東側(cè)白龍港長江邊。1.2地勢上海地區(qū)處于長江三角洲前緣的沖積平原，地勢低平，整個地區(qū)呈東南高，西北低，地面標(biāo)高最高達(dá)5.0

4、m，平均地面標(biāo)高在3.54.2m左右（吳淞高程）。地下水位高，距地面約 0.31.5m。1.3氣象上海屬北亞熱帶季風(fēng)性氣候，四季分明，日照充分，雨量充沛。上海氣候溫和濕潤，春秋較短，冬夏較長。2002年，全年平均氣溫17.8，夏季最高氣溫38，冬季最低氣溫9.6。日照1686.5小時，降雨量1427.9毫米。全年60%左右的雨量集中在5至9月的汛期，汛期有春雨、梅雨、秋雨三個雨期。1.4地震我國位于全球兩大地震帶之間，東臨環(huán)太平洋地震帶，西南為地中海喜瑪拉雅地震，不僅是一個多地震的國家，而且也是世界上遭受地震災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家。本世紀(jì)以來我國大陸共發(fā)生6級以上地震390多次，造成55萬人多人喪

5、生，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)百億元。臺灣，西南西北，華北，及東南沿海等地多有地震發(fā)生。上海處在中國的華南地震區(qū)和華北地震區(qū)兩個板塊的中間，在這個地區(qū)，地震是比較少的。在上海行政區(qū)內(nèi)，還沒有發(fā)生過5級以上的地震。1.5水文地質(zhì)上海地區(qū)大地構(gòu)造單元屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺的東北端, 基底由前震旦紀(jì)變質(zhì)巖系、震旦、古生代海相碳酸鹽巖以及新生代的陸相、海陸交替碎屑巖組成, 并形成以較早的北東楓涇川沙大斷裂為界, 將上海地區(qū)分為金山南匯隆起褶斷束和青浦寶山拗褶斷束兩個構(gòu)造單元。晚第三紀(jì)以來, 區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動以持續(xù)不均勻沉降為主要特征, 相繼沉積了200 350m 厚的第四紀(jì)松散碎屑沉積地層, 且自杭州灣北岸向長江口逐漸趨于增

6、厚。上海地下水賦存條件和分布規(guī)律受控于區(qū)域地貌、地層巖性及厚度, 根據(jù)研究區(qū)地下水系統(tǒng)特點(diǎn), 可將其劃分為一個潛水含水層, 五個承壓含水層, 六個弱透水層(隔水層)。1.6地下水位上海地區(qū)位于長江三角洲(長江三角洲可分為陸上三角洲和水下三角洲) 前緣的陸上三角洲東南, 是長江三角洲地下水系統(tǒng)的一部份(或子系統(tǒng)) , 其北部邊界和西部北段邊界與長江三角洲地下水系統(tǒng)在江蘇省分布區(qū)相接, 西部南段邊界與浙江錢塘地下水系統(tǒng)相連, 東部、南部邊界與分布于東海的長江水下三角洲相連。在天然條件下, 長江三角洲地下水系統(tǒng)由西、西北向東及東南方向緩慢徑流, 于東海水下三角洲緩慢排泄, 地下水交替極為緩慢, 但隨

7、著浙江、江蘇兩省的的大量開采地下水形成地下水漏斗, 本區(qū)地下水凈補(bǔ)給主要是東部長江水下三角洲的古埋藏水同層補(bǔ)給。1.7概況污水廠總占地面積120公頃，已完工的污水處理部分占地約6公頃，污泥填埋場占地約43公頃。實(shí)際處理規(guī)模為120萬噸/天。目前污水采用化學(xué)一級加強(qiáng)處理工藝，以除磷為主，出水PO4-P1毫克/升，處理后的化學(xué)污泥脫水后直接填埋。遠(yuǎn)期考慮增加生物濾池，出水水質(zhì)達(dá)到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有3座高效沉淀池、1座加藥間及藥庫、1座儲泥池、1座污泥脫水機(jī)房、1座除臭房、2500立方米/天中水回用設(shè)施；廠外16公頃及廠內(nèi)27公頃污泥填埋場，污泥碼頭?，F(xiàn)有中水回用處理設(shè)施因種種原因，出水水質(zhì)無法

8、滿足使用要求，為此，廠方從廠外增加了一條自來水管線，解決了目前的急需，但從長遠(yuǎn)看，隨著后期污水設(shè)施、污泥處置設(shè)施的上馬，供水問題同樣會出現(xiàn)。增加新的污水處理回用設(shè)施，不僅能滿足廠內(nèi)非人員直接接觸供水的需要，還能降低運(yùn)行費(fèi)用，同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究分院為此進(jìn)行本方案設(shè)計(jì)。2.工程設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1設(shè)計(jì)范圍MBR工藝處理的相關(guān)工程內(nèi)容。2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容包括工藝、土建、電氣與自控設(shè)計(jì)以及設(shè)備選型等。2.3設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)污水經(jīng)過本設(shè)計(jì)采用處理系統(tǒng)處理后可以直接回用，達(dá)到以下表1所示國家“生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T48-1999”的要求。表1 國家“雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T48-1999”

9、廁所便器沖洗，城市綠化洗車、掃除1化學(xué)需氧量（COD）50502生化需氧量（BOD5）10103懸浮物（SS）1054動植物油/5石油類/6陰離子表面活性劑1.00.57總氮（以N計(jì)）/8氨氮（以N計(jì)）20109總磷（以磷計(jì)）/10色度（稀釋倍數(shù)）303011pH6.596.5912糞大腸菌群數(shù)（個/L）/13濁度（度）10514溶解性固體(mg/L)1200100015臭無不快感覺無不快感覺16總硬度(mg/L,以CaCO3計(jì))45045017氯化物(mg/L)35030018鐵(mg/L)0.40.419錳(mg/L)0.10.120游離余氯(mg/L)/21總大腸菌群（個/L）332.4

10、主要設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)² 建筑中水設(shè)計(jì)規(guī)范GB50336-2002² 生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T48-1999² 給水排水設(shè)計(jì)手冊² 室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ14-87（1997年版）² 污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8979-96² 城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918-2002² 惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB14554 932.5設(shè)計(jì)原則Ø 采用成熟可靠的處理工藝，實(shí)用性與先進(jìn)性兼顧，以實(shí)用可靠為主，確保各項(xiàng)出水指標(biāo)達(dá)到國家雜用水標(biāo)準(zhǔn)Ø 污水處理回用裝置的整個處理過程盡量簡單，便于管理，各項(xiàng)控制過程實(shí)現(xiàn)自動化

11、6; 盡可能利用原有構(gòu)筑物，減少投資Ø 主體處理構(gòu)筑物采用鋼砼結(jié)構(gòu)，抗腐蝕，使用壽命長Ø 鼓風(fēng)機(jī)和水泵采用高效低噪聲設(shè)備并輔以隔振措施，以消除噪聲影響，控制二次污染Ø 系統(tǒng)的處理效率高，運(yùn)行穩(wěn)定，適應(yīng)水質(zhì)的變化，且運(yùn)行能耗少，處理單位污水量成本低，剩余污泥經(jīng)好氧消化穩(wěn)定處理Ø 配備的設(shè)備、儀表選用質(zhì)量可靠，通用性強(qiáng)的產(chǎn)品，使運(yùn)行穩(wěn)定，日常維修保養(yǎng)方便3.膜與膜生物反應(yīng)器3.1膜的分類與性能膜是指兩相間具有選擇透過性的薄層屏障。在驅(qū)動力作用下，利用膜的透過性可使混合液中的離子、分子以及某些微粒被分離。壓力驅(qū)動膜的截留機(jī)理主要是機(jī)械篩分作用，吸附截留作用是次

12、要的。膜的分離與截留性能一般以膜的孔徑或截留分子量來加以區(qū)別。微濾可用于處理含細(xì)小顆粒物的溶液，習(xí)慣上采用孔徑大小來表征微濾膜的分離性能。超濾可分離的粒子則更小，可以從溶液中分離大分子、膠體、蛋白質(zhì)和微粒等。一般認(rèn)為超濾的分離機(jī)理為篩孔分離，但膜表面的化學(xué)性質(zhì)也是影響超濾分離的重要因素。超濾膜在小孔徑范圍內(nèi)與反滲透膜相重疊，在大孔徑范圍內(nèi)與微濾膜相重疊，其膜孔徑范圍介于0.05m至0.001m。習(xí)慣上采用被截留分子的相對分子量即截留分子量MWCO（Molecule Weight Cut Off）來表征超濾膜的分離性能。MWCO與孔徑的關(guān)系可用下面公式進(jìn)行計(jì)算： 式中dm是平均膜孔直徑；kB是B

13、oltzman常數(shù)；為動力粘度。上式的假定溫度為298K。MWCO與孔徑的大致對應(yīng)值見下表2。表2 膜的截留分子量與平均孔徑的關(guān)系截留分子量（Da）近似平均孔徑(10-10m)截留分子量（Da）近似平均孔徑(10-10m)50021300004720002450000665000301000001101000038300000480表征膜的分離性能的參數(shù)主要有兩個。一是各種物質(zhì)透過膜的速率的比值，即截留率。其大小表示了該體系分離的難易程度。二是膜通量J，即單位時間單位膜面積通過的物質(zhì)的量。影響J的主要因素有：膜阻力、膜驅(qū)動壓力、膜面水動力學(xué)狀況、膜污染及其清洗情況等。膜過程有死端過濾（dead

14、-end filtration）和錯流過濾(cross flow filtration)兩種基本操作方式。死端過濾指在膜兩側(cè)壓差作用下，溶質(zhì)和溶劑垂直于分離膜方向運(yùn)動，溶質(zhì)被膜截留，溶劑通過膜而被分離。死端過濾中，主體料液與透過液運(yùn)動方向相同，隨著操作時間的增加，膜污染會越來越嚴(yán)重，過濾阻力越來越大，必須周期性地停下來清洗或更換膜。錯流過濾的主體料液與膜表面相切而流動，料液中的溶質(zhì)被膜截留，透過液垂直于膜面而通過膜流出。錯流過濾中，錯流可以把膜表面滯留的顆粒污染物帶走，使污染層保持在一個較薄的水平上，能有效的控制濃差極化和濾餅堆積，所以長時間操作仍可保持較高的膜通量。在實(shí)際污水處理工程中，膜過

15、濾一般采用錯流操作。透過液料液料液透過液截留物圖1 死端過濾(左)和錯流過濾(右)示意圖3.2膜生物反應(yīng)器的類型和特點(diǎn)膜生物反應(yīng)器( Membrane Bioreactor，簡稱MBR)按膜組件和生物反應(yīng)器的相對位置，可分為分置式、一體式兩種。如圖2所示?？諝馍锓磻?yīng)器進(jìn)水出水真空泵進(jìn)水出水污泥回流膜組件生物反應(yīng)器空氣循環(huán)泵圖2 分置式(左)和一體式(右)MBR示意圖分置式MBR中，反應(yīng)器內(nèi)的混合液由泵增壓后進(jìn)入膜組件，在壓力作用下膜透過液作為系統(tǒng)處理出水，而活性污泥、大分子物質(zhì)等則被膜截留，并回流到反應(yīng)器內(nèi)。分置式MBR通過循環(huán)泵使料液循環(huán)錯流運(yùn)行，運(yùn)行可靠，操作方便，膜組件易于更換。不足之

16、處是膜組件承壓操作，組件清洗不方便，料液循環(huán)流速較高，動力費(fèi)用大。一體式MBR則是將膜組件直接置于反應(yīng)器內(nèi)，通過真空泵進(jìn)行抽吸或者采用重力流出水，而活性污泥、大分子物質(zhì)等則被膜截留在生物反應(yīng)器內(nèi)。一體式MBR利用曝氣時氣泡帶動料液向上的錯流來沖刷膜表面，其特點(diǎn)是設(shè)備緊湊、運(yùn)行能耗低，無需承壓操作，缺點(diǎn)是膜水通量低。根據(jù)生物反應(yīng)器的需氧性，MBR可分為好氧MBR和厭氧MBR。在MBR中，采用活性污泥法較多。傳統(tǒng)活性污泥法設(shè)計(jì)和運(yùn)行的若干關(guān)鍵性問題，在MBR工藝中仍然十分重要，如水力負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷、微生物濃度、曝氣時間、SRT、HRT、回流污泥率、PH和堿度、溶解氧濃度等。與常規(guī)污水生物處理工藝相

17、比，MBR技術(shù)的優(yōu)勢主要有：l 膜能夠高效地進(jìn)行固液分離，出水性質(zhì)不再依賴于活性污泥的沉降特性，克服了常規(guī)活性污泥法中容易發(fā)生污泥膨脹的弊端，系統(tǒng)的操作比常規(guī)污水處理工藝大為簡化。出水水質(zhì)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，出水懸浮物和濁度接近于零，可直接回用。l 膜使微生物完全截留在反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器水力停留時間（HRT）和污泥齡（STR）的完全分離，使運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定。l 膜分離使污水中的大分子難降解成分，在體積有限的反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時間，大大提高了難降解有機(jī)物的降解效率。l 反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長污泥泥齡下運(yùn)行，高的SRT使污泥產(chǎn)生消化作用，污泥產(chǎn)率降低。l 有利于增殖緩慢的硝化細(xì)

18、菌的截留、生長和繁殖，系統(tǒng)硝化得以效率高，通過運(yùn)行方式的改變亦可有脫氮和除磷功能。l 因?yàn)闆]有二沉池固體負(fù)荷的限制，曝氣池中的活性污泥濃度可以很高（500020000mg/L），反應(yīng)器體積也可大大減小。l 由于反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度高，耐水質(zhì)造成的沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。l 系統(tǒng)可采用PLC控制，易于實(shí)現(xiàn)全程自動化。3.3MBR在廢水處理工程中的研究歷史膜與生物處理結(jié)合的工藝研究已逾30年了。1969年Smith首次報(bào)道了美國的Dorr-Oliver公司把活性污泥法和超濾工藝結(jié)合處理城市污水的方法。該工藝采用膜分離技術(shù)取代常規(guī)的活性污泥二沉池，采用外置式板框組件來實(shí)現(xiàn)膜過濾，使反應(yīng)器中的微生物濃度得到提

19、高。在生活污水的處理中，獲得了較好的處理效果，BOD<1mg/L，COD=20-30mg/L，系統(tǒng)處理能力為10-100m3/d。1970年Hardt等人采用10L的好氧生物反應(yīng)器處理合成廢水，用死端超濾膜過濾技術(shù)實(shí)現(xiàn)泥水分離，MLSS濃度達(dá)30g/L，膜通量為7.5 L/m2h，COD去除率為98%。Dorr-Oliver公司在60年代開發(fā)了MST工藝（Membrane Sewage Treatment ），在該系統(tǒng)中，污水進(jìn)入懸浮生長的生物反應(yīng)器中，通過板框式超濾膜組件的抽吸作用連續(xù)出水。進(jìn)出口壓力分別為345kN/m2和172kN/m2，通量為16.9L/m2.h。由于當(dāng)時膜技術(shù)發(fā)

20、展相對落后，膜材料種類少，價格昂貴，使用壽命短，限制了膜工藝的長期穩(wěn)定運(yùn)行，MBR仍然處于初級研究階段。七十年代初，Thetford系統(tǒng)公司推出了外置式膜分離系統(tǒng)CyclcLet工藝用于家庭污水的處理。系統(tǒng)采用好氧-缺氧兩級流程和外置管式超濾膜。出水經(jīng)過UV消毒后用于沖廁。1974-1982年間，Thetford系統(tǒng)公司共安裝了27套這種產(chǎn)品。80年代末和90 年代初，Zenon環(huán)境公司研制成功ZenonGem、PermaFlow Z-8、ZeeWeed等一系列工藝和產(chǎn)品，大大推動了MBR技術(shù)的市場化進(jìn)程。八十年代后，隨著膜制造技術(shù)的發(fā)展、膜分離工藝的完善和污水廠出水水質(zhì)要求的提高，MBR技術(shù)

21、重新獲得重視。1989年日本政府進(jìn)行了為期六年的“90年代水復(fù)興計(jì)劃（Aqua Renaissance Programme 90）”科研項(xiàng)目，其目的是尋求滿足中長期水量需求，解決水污染問題和從污染物中獲取能量，特別是開發(fā)一種膜技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合處理工業(yè)和城市污水，省能省地，出水水質(zhì)好，適于污水回用的工藝。項(xiàng)目耗資118億日元。Kubota作為其中的公司之一，研制了平板式浸沒MBR。到1993年，已有39套外置式MBR系統(tǒng)用于日本的衛(wèi)生和工業(yè)領(lǐng)域。3.4MBR在廢水處理工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀MBR技術(shù)在污水處理領(lǐng)域目前正在受到廣泛的重視。據(jù)Koyunco 1998年調(diào)查統(tǒng)計(jì)，世界上每天約有5百萬立

22、方米各類水質(zhì)的水經(jīng)過膜工藝進(jìn)行處理。目前在世界范圍內(nèi)，實(shí)際運(yùn)行的MBR 系統(tǒng)已經(jīng)超過500套。世界上約66%的工程在日本，其余主要在北美和歐洲。這些工程中98%以上是膜分離工藝與好氧生物反應(yīng)器相結(jié)合。約55%是膜浸式MBR，其余則是外置式MBR。不同的商業(yè)化MBR 采用不同的方法來獲取相應(yīng)膜通量所需的膜驅(qū)動壓力。Kubota MBR采用高于膜組件的靜態(tài)水壓頭，膜在正常情況下浸于一定液面深度之下。ZenoGem MBR 采用靜態(tài)水壓頭與真空抽吸相結(jié)合的方法，Kubota 工藝在高峰水力負(fù)荷時也用此法。Orelis和WehrleWerk MBR 采用控制外置式膜組件的循環(huán)系統(tǒng)壓力值的方法。好氧MB

23、R工藝已經(jīng)成功應(yīng)用于下列行業(yè)的工業(yè)污水處理：包括化妝品、醫(yī)藥、潤滑油、紡織、屠宰場、乳制品、食品、造紙與紙漿、飲料、煉油工業(yè)與化工廠。在歐洲，垃圾填埋場滲濾液的好氧MBR處理廠正在興建。國外的MBR公司主要有：加拿大的ZENON公司，主要產(chǎn)品為浸沒式中空纖維MBR；南非的Membratek公司，主要產(chǎn)品為管式膜生物反應(yīng)器；US-Filter 公司，利用中空纖維膜開發(fā)了分置式MBR工藝Membio；日本的KUBOTA公司，主要產(chǎn)品為浸沒式平板MBR，到1998年世界上已經(jīng)有200 多個污水廠在使用其產(chǎn)品；法國的Degremont公司是唯一在MBR工藝中實(shí)際使用陶瓷膜的公司。這些公司在MBR污水處

24、理國際市場處于主導(dǎo)地位。我國膜分離技術(shù)開發(fā)是從1958年研究離子交換膜開始的。2000年我國將膜材料和膜產(chǎn)業(yè)列為國家重點(diǎn)支持的22項(xiàng)化工產(chǎn)業(yè)之一。目前全國已有膜科學(xué)與技術(shù)的研究開發(fā)單位上百個。形成了基本配套的幾千人的研究和技術(shù)開發(fā)隊(duì)伍。中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，自1993年開始MBR的研究工作。目前，國內(nèi)較活躍的MBR廢水處理研究機(jī)構(gòu)有中科院、清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華東理工大學(xué)等單位。研究集中于膜工藝的開發(fā)和膜污染的防治等內(nèi)容。目前同濟(jì)大學(xué)正在進(jìn)行平板膜MBR污水處理工藝研究，其他單位則側(cè)重于中空纖維膜的研究工作。在實(shí)際工程應(yīng)用上，天津清華德人環(huán)境工程有限公司，開發(fā)了中空纖維膜

25、MBR污水處理系列裝置。該產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于天津泰達(dá)會館、天津第三醫(yī)院等污水回用工程中，在中水沖車、沖廁、寫字樓、賓館飯店、醫(yī)院等生活污水處理回用、工業(yè)印染廢水處理回用、垃圾滲濾液處理等領(lǐng)域，已建立20多項(xiàng)示范工程。上海荏原成套工程有限公司生產(chǎn)銷售的PW-P膜分離活性污泥處理裝置為專門處理高濃度有機(jī)廢水的系列產(chǎn)品。其產(chǎn)品已經(jīng)有40余套應(yīng)用于全國各地，處理量為5950t/d，涉及化工、制藥、食品、畜產(chǎn)和生活廢水等各行業(yè)。目前國內(nèi)MBR在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用剛剛起步，主要集中于工業(yè)污水處理領(lǐng)域。如何將MBR應(yīng)用于城市污水處理亟待研究。3.5平板膜和中空纖維膜MBR的應(yīng)用對比中空纖維膜組件的優(yōu)點(diǎn)是裝填密度

26、較高（可達(dá)幾千m2/m3），單位膜面積制造費(fèi)用較低。在外壓情況下，膜的耐壓性能高，不需支撐材料；缺點(diǎn)是對堵塞很敏感，污染和濃差極化對膜的分離性能產(chǎn)生很大的影響，無法進(jìn)行機(jī)械清洗，膜表面的污垢排除比較困難，因此需對進(jìn)料液進(jìn)行嚴(yán)格的前處理，還有，纖維管中的壓力損失比平板膜大。平板式膜組件的污染問題比中空纖維膜組件輕，其原因可能是中空纖維膜組件運(yùn)行中的影響因素較多。如Y.Shimizu等研究了不同裝填密度的中空纖維微濾膜用于處理生活污水時的過濾特性，結(jié)果表明，當(dāng)抽吸壓力大于40kPa ，錯流速度小于0.5m/s時會引起中空纖維膜絲的堆積，使有效膜面積減小，通過中空纖維膜的運(yùn)動或振動對通量的提高很小。

27、再者，膜的膜孔徑不同引起污染速率也不同（如ZeeWeed中空纖維膜孔徑為0.1m，Kubota平板膜膜孔徑為0.4m），較小的膜孔徑可以截留細(xì)密的污染質(zhì)，很快形成致密的凝膠層，使膜污染加重，膜通量迅速降低。平板膜組件的優(yōu)點(diǎn)是制造組裝比較簡單，操作比較方便，膜的維護(hù)、清洗、更換都比較容易，單位面積水通量較大。缺點(diǎn)是裝填密度比較小（<400m2/m3），不能反沖洗。平板膜具有較好的剛性，可以準(zhǔn)確穩(wěn)定地被安裝在膜組件中，使浸沒式MBR中的曝氣能夠較好的發(fā)揮作用。而中空纖維膜則在水中容易來回飄蕩，在濃度較高的活性污泥中容易被污染，使膜絲纏繞、粘結(jié)在一起，減小膜的有效過濾面積。平板膜運(yùn)行所需能耗較

28、中空纖維膜低。Tatsuki Ueda在1998年采用反應(yīng)器中的水頭壓差作為平板膜出水所需要的膜壓進(jìn)行中試研究，MBR運(yùn)行371天無需膜清洗，因此認(rèn)為平板膜運(yùn)行所需能耗較低，并認(rèn)為這可能與膜出水時中空纖維管中的壓力損失比平板膜大有關(guān)。1998年B. Gunder等人采用兩個平行的中試裝置，對平板膜和中空纖維膜MBR進(jìn)行了對比，結(jié)果如下表3所示。結(jié)果表明，兩者出水水質(zhì)都很好，但平板膜在膜壓與膜通量方面比中空纖維膜略優(yōu)，這可能與曝氣對于平板膜沖刷作用更好，膜壓力損失在中空纖維內(nèi)腔中較大有關(guān)。表3 平板膜和中空纖維膜MBR中試運(yùn)行對比平板膜MBR中空纖維膜MBR反應(yīng)器體積9.0m36.9m3膜面積及

29、孔徑80m2，0.4m83.4m2，0.2m，d02mm系統(tǒng)參數(shù)COD:200-300mg/L MLSS:12-16g/LSRT:20-25dCOD:200-300mg/L MLSS:12-18g/LSRT:15-20d連續(xù)運(yùn)行參數(shù)J18L/m2.h8min抽，2min停J17L/m2.h3.5min抽，2s反沖洗運(yùn)行天數(shù)54d54d化學(xué)清洗無無膜壓6-8kPa28-24kPa比膜通量200L/m2.h.bar60L/m2.h.bar高峰時膜通量30L/m2.h24L/m2.h高峰時膜壓32kPa48kPa1998年2月英國的Porlock平板膜MBR污水廠開始正式運(yùn)行。該廠是在中試試驗(yàn)后建成

30、的。最大處理規(guī)模為1900m3/d，采用Kubota平板膜組件。在運(yùn)行后的14個月，出水水質(zhì)很好，類似于中試研究的結(jié)果，如表4所示。出水BOD小于5mg/L，且不受進(jìn)水BOD變化的影響；細(xì)菌平均去除率為6 log，腸道病毒和大腸桿菌噬菌體等病毒的平均去除率為 4 log；出水濁度平均為0.3NTU。平板膜機(jī)械性能較好，運(yùn)行14個月后Porlock MBR污水廠未發(fā)現(xiàn)安裝的3600塊膜有損壞現(xiàn)象，維修僅限于偶爾對曝氣擴(kuò)散器、流量計(jì)和濁度儀的清洗。表4 英國Porlock Kubota MBR 的處理效果（98年2月99年4月）污染物進(jìn)水范圍進(jìn)水平均濃度出水平均濃度去除率（%）SS（mg/L）&l

31、t;30-800230<1>99.5濁度（NTU）>100-<0.4BOD（mg/L）<30-650224<4.0>97.2大腸桿菌0.9-6410.1<0.00002>99.9998腸道病毒0.1-301.32<0.00001>99.9993大腸桿菌噬菌體(106 100 ml-1)29-6320811<0.19>99.98法國的Perthes en Gatinais一體式中空纖維膜MBR污水處理廠，和上述Porlock MBR污水廠的處理流量和投入運(yùn)行的時間差不多。兩廠都用來處理生活污水，都采用粗氣泡曝氣的方法來

32、促進(jìn)傳質(zhì)，且均以相似的高質(zhì)量出水水質(zhì)滿足排放要求，但其設(shè)計(jì)方案和運(yùn)行操作卻差別較大（見表5和表6）。因此將兩個工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對比探討，對以后類似工程設(shè)計(jì)具有一定借鑒作用。表5 英國Porlock和法國Perthes en Gatinais MBR污水廠的設(shè)計(jì)參數(shù)比較參 數(shù)Porlock平板膜MBRPerthes en Gatinais中空纖維膜MBR投入運(yùn)行時間19981999流量（m3/d）19001500池體數(shù)量41總膜面積（m2）28002500預(yù)處理3mm孔篩1mm格柵膜類型平板式超濾膜中空纖維超濾膜膜供應(yīng)商KubotaZenon運(yùn)行方式由外到內(nèi)由外到內(nèi)膜單元/膜組件0.4m

33、×0.8m平片膜2m（高）×0.7m（寬）×0.2m（厚）膜箱單體含150個膜單元含8個膜組件的膜箱單體每個膜箱的膜面積（m2）128368膜箱數(shù)量（個）247表6 英國和法國MBR污水廠的運(yùn)行參數(shù)比較參 數(shù)Porlock 平板膜MBRPerthes en Gatinais中空纖維膜MBR粗氣泡曝氣量每個膜單元0.6標(biāo)準(zhǔn)m3/h每個膜組件3845m3/h氣水比27.3:135.8:1膜間流速約0.05m/s約0.1m/sTMP（bar）0.10.150.20.5膜通量（L/m2h）20272333反沖洗循環(huán)時間（s）600反沖洗持續(xù)時間（s）45反沖洗水量約25%

34、的透過水量原位清洗頻率9個月0.5%NaClO清洗5小時12次/周（次氯酸鹽）外部化學(xué)清洗14次/年（次氯酸鹽/酸浸泡）兩廠最重要的差別是膜組件形式的差異。中空纖維膜單元可以反沖洗，但是水動力學(xué)因素不易控制，膜組件容易污染，因此需要較頻繁的沖洗和清洗。平板膜組件不能反沖洗，所以控制適宜的運(yùn)行條件就顯得十分重要。中空纖維膜 MBR污水廠約有25%的透過水量用來進(jìn)行反沖。每10分鐘進(jìn)行一次45秒的反沖洗，以減緩膜污染速度，延長膜使用壽命。而平板膜MBR污水廠膜的污染速率相比之下就顯得相當(dāng)?shù)?，系統(tǒng)運(yùn)行9個月后用0.5%的次氯酸鈉溶液進(jìn)行了現(xiàn)場膜清洗，每個好氧池停止工作5h。藥劑費(fèi)用很低。Perthe

35、s en Gatinais MBR污水廠流程中采用的篩網(wǎng)比Porlock MBR污水廠細(xì)密的多，這樣設(shè)計(jì)的原因是中空纖維膜的堵塞問題比較麻煩。兩廠出水水質(zhì)均十分良好，出水BOD5均在5mg/L以下，SS在3mg/L以下。二者大腸桿菌的去除率均大于5-log，硝化效果也非常好。運(yùn)行污泥濃度均在15-18g/L之間。污泥停留時間較長（>20天），水力停留時間較短（<4hr），污泥產(chǎn)率均為0.30.5 kg/kgBOD5。兩廠的運(yùn)行一直正?？煽?。近些年，各種膜的價格和更換費(fèi)用一直在下降。Kubota公司的膜價格從1992年的400$/m2下降為2000年 的100$/m2，同時膜更換費(fèi)用

36、占總投資的比重也從54%下降為9%。但總的來講，平板膜組件比中空纖維膜組件價格高，Kubota平板式膜組件的價格比Zenon的中空纖維膜約高2025%左右。綜上所述，可以看出：l 平板式膜組件比中空纖維膜組件污染輕，其原因可能是后者運(yùn)行中的控制因素較多。中空纖維膜對堵塞較敏感，污染和濃差極化對膜的分離性能產(chǎn)生很大的影響，無法進(jìn)行機(jī)械清洗，膜表面的污垢排除困難，因此需要對進(jìn)料液采用更細(xì)密的隔柵進(jìn)行前處理。l 中空纖維膜可以反沖洗，工藝流程相對復(fù)雜一些。平板式膜組件不能反沖洗，但是水動力學(xué)因素容易控制，所以工藝運(yùn)行條件的控制就顯得很重要。l 平板膜組件制造組裝較簡單，膜的維護(hù)、清洗、更換較容易，單

37、位面積膜通量大。缺點(diǎn)是裝填密度較小，單位膜面積制造費(fèi)用比中空纖維膜高。l 平板膜運(yùn)行所需能耗較中空纖維低?？赡芘c膜出水時中空纖維管中的壓力損失比平板膜大有關(guān)。l 平板膜剛度大，機(jī)械性能較好，不易損壞，同時也可使曝氣沖刷的效果較好。而中空纖維膜在使用過程中容易發(fā)生斷絲現(xiàn)象，斷絲過多時會影響膜的出水水質(zhì)。4.工藝技術(shù)路線的選擇中水回用的關(guān)鍵在于處理技術(shù)，目前國內(nèi)外采用的工藝多以生物方法與物理化學(xué)方法為主。(1).以生物處理為中心的工藝采用生化處理為主工藝流程一般為：流程中生物處理工藝一般采用活性污泥法、接觸氧化法、生物轉(zhuǎn)盤等生物處理方法。幾種處理方法可單獨(dú)使用，也可幾種生物處理方法結(jié)合使用，如接觸

38、氧化加生物濾池等。這種類型的工藝適用于有機(jī)物含量較高的生活污水，具有適應(yīng)水力負(fù)荷變化能力強(qiáng)，產(chǎn)生污泥量少，維護(hù)管理容易等優(yōu)點(diǎn)。(2).以物理化學(xué)法為中心的工藝采用物化處理為主工藝流程一般為：除此之外常用的物理化學(xué)方法還有沸石過濾、活性炭吸附等。在物化方法處理污水的中水回用系統(tǒng)中，以膜法為中心的處理工藝占有很重要的地位，常見的以膜為中心的方法主要有微濾、超濾、納濾或反滲透等，它們可以分別生產(chǎn)出不同品質(zhì)的中水，滿足各種使用要求。以物化法為中心的工藝適用于污水水質(zhì)變化較大的情況，該類流程的特點(diǎn)主要是裝置緊湊，容易操作，以及受負(fù)荷變動的影響小。(3).生物法與物化法相結(jié)合的組合工藝該種類型的組合工藝主

39、要有利用活性污泥法與膜法分離的組合工藝、利用生物接觸氧化與流化床過濾法的組合工藝以及厭氧和好氧相結(jié)合的組合工藝。這類工藝流程的特點(diǎn)主要是出水水質(zhì)穩(wěn)定，處理效果良好，有些處理出水水質(zhì)指標(biāo)已相當(dāng)于深度處理的水平。現(xiàn)有城市污水處理回用技術(shù)普遍存在流程長，投資大的問題，同時，為了保證出水濁度滿足要求，普遍采用傳統(tǒng)過濾方法，造成運(yùn)行管理復(fù)雜，特別在是季節(jié)等因素影響導(dǎo)致生物處理效果下降時。膜生物反應(yīng)器是近十年來得到快速發(fā)展的新型污水處理技術(shù)。如前所述，其出水水質(zhì)好，耐水質(zhì)沖擊能力強(qiáng)，污泥產(chǎn)率低，管理簡單方便，特別適宜于白龍港污水廠的中水回用。本方案以白龍港污水廠的高效混凝沉淀池出水為對象直接處理回用，采用

40、膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個方面，(1).白龍港污水廠的原水水質(zhì)及污染物組成隨季節(jié)、氣候、污水來源情況等有較大程度的波動，采用高效混凝沉淀后，由懸浮物、膠體引起的水質(zhì)變化受到極大抑制，但由溶解性污染物引起的水質(zhì)變化仍然較大，而膜生物反應(yīng)器完全能夠適應(yīng)這些水質(zhì)波動帶來的沖擊；(2).從中水處理的工藝路線看，要達(dá)到雜用水標(biāo)準(zhǔn)，至少還需要生物處理去除殘余有機(jī)物和氨氮，然后再進(jìn)行混凝沉淀過濾才能滿足要求，技術(shù)路線過長，操作管理復(fù)雜，投資也不會低；(3).白龍港污水廠的中水回用主要用于混凝劑的配制，它對水質(zhì)有更嚴(yán)格的要求，常規(guī)中水水質(zhì)無法滿足使用要求，而膜生物反應(yīng)器可以提供近似自來水水質(zhì)的處理出水，

41、完全能滿足混凝劑配制的要求；(4).白龍港污水廠對污水處理回用工藝的管理要求簡單方便，而膜生物反應(yīng)器的管理十分簡單，平時只需保證電器設(shè)備正常運(yùn)行，工藝管理內(nèi)容非常簡單，只需記錄每天的壓力流量，3個月左右在線清洗一次即可（同濟(jì)大學(xué)五年保證）；(5).膜生物反應(yīng)器的污泥產(chǎn)率低，二次污染少，同時，工藝的成功應(yīng)用可以為上海水環(huán)境行業(yè)提供一種極具發(fā)展?jié)摿?、具有較強(qiáng)競爭力的實(shí)用技術(shù)，適用于有中水回用要求，或者對出水水質(zhì)要求高的區(qū)域；(6).更重要的是，現(xiàn)有自來水費(fèi)用達(dá)到2.5元/m3，采用膜生物反應(yīng)器出水不僅能完全替代自來水，而且運(yùn)行費(fèi)用可以降低到1.0元/m3以下，可以為白龍港污水廠節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約20萬

42、元/年；(7).現(xiàn)有自來水水源在未來隨著后續(xù)處理工程上馬可能無法滿足需水量要求，積極開展中水回用處理還能解決這個潛在的隱患。5.處理工藝流程及設(shè)計(jì)參數(shù)5.1回用處理工藝方案污水回用處理的工藝流程如下圖3所示。預(yù)曝氣池細(xì)格網(wǎng)高效混凝沉淀出水消毒原清水池回用MBR池污泥消化后進(jìn)入廠區(qū)污泥處理、處置系統(tǒng)濃縮消化池圖3 白龍港污水回用處理工藝流程圖5.2廢水處理工藝方案的說明白龍港污水首先經(jīng)過現(xiàn)有的格柵、沉砂池和高效混凝沉淀池處理，隨后利用原有中水回用進(jìn)水槽，依靠潛水泵提升進(jìn)入MBR池的進(jìn)水渠中。在進(jìn)水渠中設(shè)置細(xì)篩網(wǎng)2個，1用1備。通過細(xì)篩網(wǎng)的作用充分去除高效混凝沉淀池出水殘余的各種雜質(zhì)或其它在后續(xù)過

43、程中進(jìn)入的雜質(zhì)，避免這些雜質(zhì)在MBR中累積，影響后續(xù)設(shè)備的正常運(yùn)行。細(xì)篩網(wǎng)的出水重力流進(jìn)入預(yù)曝氣池。由于白龍港污水經(jīng)過長途運(yùn)輸，氧化還原電位過低，溶解氧濃度很小，通過預(yù)曝氣不僅能提高溶解氧濃度，減少臭味，而且，兼性異養(yǎng)微生物可以對污水中殘余易生物降解有機(jī)物進(jìn)行氧化，減輕后續(xù)MBR池的有機(jī)負(fù)荷，減輕膜污染。預(yù)曝氣池內(nèi)設(shè)置有專門的曝氣管，可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的水質(zhì)目標(biāo)進(jìn)行工藝調(diào)控。預(yù)曝氣池出水自流進(jìn)入MBR池，污水在MBR池內(nèi)通過微生物和膜組件的作用實(shí)現(xiàn)幾個作用，(1).有機(jī)物的深度氧化；(2).氨氮的氧化，即生物硝化作用；(3).固液分離，也達(dá)到HRT和SRT的分離；(4).病菌等有害微生物從出水中去除。5.3廢水處理工藝方案的設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)水采用白龍港污水廠高效混凝沉淀池的出水，水質(zhì)如下表7所示。表7 方案的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)項(xiàng)目pHCODCrBOD5SSNH3NTNP單位/mg/Lmg/Lmg/Lmg/L