膜生物反應(yīng)器在中水回用中的應(yīng)用

胡國(guó)淵

摘要：文章闡述我國(guó)水資源短缺的同時(shí)，提出中水回用的重要性和必要性,并經(jīng)過比較，膜生物反應(yīng)器進(jìn)行中水回用比傳統(tǒng)生化工藝具有出水水質(zhì)良好、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，是中水回用的適用技術(shù)，將成為中水回用技術(shù)的主要方向。

關(guān)鍵詞：中水回用膜生物反應(yīng)器技術(shù)

中圖分類號(hào)文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

1．背景

我國(guó)是一個(gè)水資源貧乏的國(guó)家，人均水資源僅為世界平均水平的1/4，南北水資源分配嚴(yán)重不均，我國(guó)669個(gè)城市，400個(gè)城市常年供水不足，其中有110個(gè)城市嚴(yán)重缺水，年缺水量60億立方米。同時(shí)隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，城市人口逐漸增加，人民生活水平逐漸提高，各種用水量亦隨之增長(zhǎng)，但大自然賦予人類的這部分資源是有限的，而這有限的資源還在不斷地受到人類肆意及污染，這就使得水資源供需矛盾愈來愈突出，這已成為世界各國(guó)共同面臨的問題。在水資源緊缺的現(xiàn)實(shí)下，開發(fā)除自來水以外的第二水源，實(shí)行中水回用，將從根本上緩解水資源的緊缺狀況，是解決水危機(jī)的根本途徑，對(duì)緩解水資源危機(jī)將發(fā)揮重要的作用，具有非常深遠(yuǎn)的社會(huì)效益。

1.1、中水回用的基本概念

中水就是將人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)中用過的優(yōu)質(zhì)雜排水(不含糞便和廚房排水)、雜排水（不含糞便排水）以及生活污水經(jīng)過處理后達(dá)到《生活雜用水水質(zhì)指標(biāo)》(GB25.1-89)可以在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水，即再生水，之所以叫中水，是沿用了日本的說法，通常人們把自來水叫做“上水”，把污水叫“下水”，而中水的水質(zhì)介于上水和下水之間，故名“中水”。中水雖然不能飲用，但它可以用于一些對(duì)水質(zhì)要求不高的場(chǎng)合。中水回用的對(duì)象分市政雜用水、生活雜用水和工業(yè)用水。市政雜用水包括公園綠化、城市綠化、道路路面噴灑等用水；生活雜用水包括沖洗廁所，洗車；工業(yè)用水重點(diǎn)是回用至熱電廠和化工廠等冷卻用水以及城市污水處理廠內(nèi)部雜用水等。隨著水荒的日益加劇，中水回用將越來越顯示出它的優(yōu)越性和生命力。

中水回用，一方面為城鎮(zhèn)供水開辟了第二水源，可大幅度降低“上水”的消耗量；另一方面，在一定程度上解決了“下水”對(duì)水源的污染問題，從而起到保護(hù)水源、節(jié)約用量的作用。在美國(guó)、日本、以色列等國(guó)，廁所沖洗、園林和農(nóng)田灌溉、道路保潔、洗車、城市噴泉、冷卻設(shè)備補(bǔ)充用水等大都使用中水。

1.2、中水回用的發(fā)展歷程

我國(guó)對(duì)城市污水處理與利用的研究，早在1958年就開始列入國(guó)家科研課題。60年代關(guān)于污水灌溉的研究已達(dá)到一定的水平。70年代中期進(jìn)行了城市污水以回用為目的的污水深度處理小試。80年代初，我國(guó)青島、大連、北京、太原、天津、西安等缺水的大城市相繼開展了污水回用于工業(yè)和民用的試驗(yàn)研究，其中有些城市以修建了回用試點(diǎn)工程并取得了積極的成果，不少公共建筑亦建設(shè)了中水回用裝置。我國(guó)北京市環(huán)保所于1984年底在所內(nèi)建成的120m3/d規(guī)模的中水道試點(diǎn)工程，對(duì)我國(guó)中水道的發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。目前世界上許多面臨著嚴(yán)重水危機(jī)的國(guó)家都在積極利用城市污水，并將城市污水作為第二水源予以開發(fā)利用，并已取得了成功的經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)有357個(gè)城市實(shí)現(xiàn)了污水處理后再利用；日本從60年代起一直大力研究和推廣城市污水回用和中水技術(shù)，廣泛供給工廠、企業(yè)和居民小區(qū)。南非1986年建成了世界上第一座城市污水“再生水”廠，用做城市自來水的補(bǔ)充水源。

另外，美國(guó)丹佛市已將處理后的再生水送入自來水管網(wǎng)作為城市管網(wǎng)的補(bǔ)壓用水。此外以色列、俄羅斯、英國(guó)、以及中東諸國(guó)等相繼發(fā)展利用污水回用，以彌補(bǔ)日益缺乏的水資源。在“十五”計(jì)劃初步安排中，國(guó)家要求將城市污水處理量的10%作進(jìn)一步處理后回用，這將意味著每天將有幾百噸的中水可回用，以中水回用為主的節(jié)水措施將是我國(guó)今后的主要發(fā)展方向。特別是北京及周邊地區(qū)水價(jià)日益上漲的情況下，節(jié)水措施勢(shì)在必行。

膜生物反應(yīng)器(MBR工藝)

MBR介紹

膜生物反應(yīng)器(MBR)是將膜組件引入廢水處理氧化池中的一種新型污水處理技術(shù)。在膜生物反應(yīng)器中，活性微生物與污水充分接觸氧化，不斷氧化污水中能被微生物降解的有機(jī)物，而不能被微生物降解的有機(jī)物和無機(jī)物及活性污泥、懸浮物、各類膠體、大部分細(xì)菌則被膜生物反應(yīng)器中的膜組件截留，活性污泥濃度大大提高，實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間和齡的完全分離。膜生物反應(yīng)器對(duì)于來水水質(zhì)的的變化均有很強(qiáng)的適應(yīng)性，保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定。大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能。

膜生物反應(yīng)器工藝特點(diǎn)

1)．對(duì)污染物去除率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定，出水中基本無懸浮物。

2)．膜生物反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器泥齡(SRT)和水力停留時(shí)間(HRT)的徹底分離，使設(shè)計(jì)、操作簡(jiǎn)化。

3)．膜的機(jī)械截流作用避免了微生物的流失，生物反應(yīng)器內(nèi)可保持高的污泥濃度，體積負(fù)荷高，污泥負(fù)荷低，略去了二沉池，減少了占地面積。

4)．MBR中的生物相結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形成了穩(wěn)定的微生態(tài)系統(tǒng)，剩余污泥量少。

5)．由于膜的截流作用使SRT延長(zhǎng)，營(yíng)造了有利于世代時(shí)間較長(zhǎng)的微生物，如硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)環(huán)境，提高了系統(tǒng)的硝化能力，同時(shí)有利于提高難降解大分子有機(jī)物的處理效率，使其徹底分解。

6)．MBR曝氣池的活性污泥不因出水而流失，在運(yùn)行過程中，活性污泥會(huì)因進(jìn)入有機(jī)物濃度的變化而變化，并達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，這使系統(tǒng)出水穩(wěn)定并耐沖擊負(fù)荷。

7)．膜生物反應(yīng)器易于一體化、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作管理方便。

膜生物反應(yīng)器技術(shù)工藝流程

MBR處理效果：

表1

3、MBR與傳統(tǒng)工藝生化法比較

傳統(tǒng)的生物化學(xué)法運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)必須考慮到反應(yīng)速率和污泥的沉降性能。反應(yīng)速率主要取決于活性污泥的濃度，污泥濃度高，則反應(yīng)速度就快。但考慮到二沉池不能過大，所以活性污泥的濃度就不能太大，從而影響了反應(yīng)速率。污泥的沉降性能則取決于曝氣池的運(yùn)行條件。嚴(yán)格控制曝氣池的操作條件是首要，因此也限制了生物化學(xué)法的分離。MBR技術(shù)正是在這樣的情形下發(fā)展起來的。其原理是在污水生物處理的反應(yīng)池中引入膜組件，使其在一定壓力下，將溶液中的大分子物質(zhì)、膠體、細(xì)菌和微生物與水分離，從而達(dá)到泥水分離的目的。其處理精度可達(dá)超濾級(jí)。不會(huì)產(chǎn)生生化法那樣的氣味兒，污泥量少，無需進(jìn)行污泥處理。

MBR啟動(dòng)也十分方便，不必象生化法那樣接種和培馴污泥，

MBR操作方便。國(guó)外的研究資料表明，MBR技術(shù)作為中水處理的后處理技術(shù)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、對(duì)懸浮物、細(xì)菌和洗滌劑的去除率高，出水穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。

膜生物反應(yīng)器工藝經(jīng)濟(jì)效益分析：

由于各種處理工藝的投資成本和運(yùn)行成本差異較大，其運(yùn)行費(fèi)也不盡相同。由于省去了后續(xù)的依靠重力的泥水分離單元，膜生物反應(yīng)器工藝的一次性設(shè)備投資低于其它工藝，但是處理成本(包括電費(fèi)、人工費(fèi)及膜更換費(fèi)用)略高于傳統(tǒng)生物及物理化學(xué)工藝。今后隨著膜制造技術(shù)的進(jìn)步，膜質(zhì)量的提高和膜制造成本的降低，MBR的投資也會(huì)隨之大幅度降低，另外各種新型膜生物反應(yīng)器的開發(fā)，如在低壓下運(yùn)行的重力淹沒式MBR、厭氧MBR等與傳統(tǒng)的好氧加壓膜生物反應(yīng)器相比，其運(yùn)行費(fèi)用大幅度下降。因此可以預(yù)見，膜生物反應(yīng)器在中水回用中將會(huì)愈來愈具有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。

5。膜生物反應(yīng)器工藝在國(guó)內(nèi)外中水回用中的應(yīng)用

5.1、國(guó)外膜生物反應(yīng)器的發(fā)展現(xiàn)狀

MBR的研究始于20世紀(jì)60年代的美國(guó)，當(dāng)時(shí)由于受膜生產(chǎn)技術(shù)所限，膜的使用壽命短、水通透量小，使其在投入實(shí)際應(yīng)用中遇到障礙。70年代以后，日本根據(jù)本國(guó)國(guó)土狹小、地價(jià)高的特點(diǎn)對(duì)MBR在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了大力開發(fā)和研究，使膜生物反應(yīng)器開始走向?qū)嶋H應(yīng)用。MBR工藝80年代后在日本等國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。日本某公司對(duì)MBR工藝的污水處理效果進(jìn)行了全面研究，表明活性污泥－平板膜組合工藝不僅可以高效去除有機(jī)物，且出水中不含細(xì)菌，可直接作為中水回用，目前，日本已經(jīng)有100處高樓的中水回用系統(tǒng)采用MBR處理工藝。如日本第36/37森樓和都飯店、北千住終點(diǎn)站大樓、東京都港區(qū)廳宿舍等，都采用膜好氧生物反應(yīng)器，由好氧性的高濃度活性污泥法和超濾膜組件組合而成的水處理系統(tǒng)，所采用的超濾膜孔徑為10μm切割分子量為20000的聚丙烯腈平板膜組件，處理效果良好。法國(guó)、美國(guó)、澳大利亞等對(duì)膜生物反應(yīng)器的研究也投入了很大力量。使膜生物反應(yīng)器的研究?jī)?nèi)容更加全面而深入，為90年代的進(jìn)一步推廣應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。進(jìn)入90年代后，膜生物反應(yīng)器工藝已經(jīng)被廣泛接受。目前，這技術(shù)已在歐洲、北美及亞洲一些國(guó)家得到較快的發(fā)展，并已在水處理的許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

5.2、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)膜生物反應(yīng)器的研究還剛剛起步，但發(fā)展十分迅速。MBR在我國(guó)的研究始于1993年。研究者對(duì)分離MBR，抽吸淹沒式MBR，重力淹沒式MBR與傳統(tǒng)生物處理工藝在城市污水處理方面進(jìn)行的比較研究表明：各種MBR 的出水水質(zhì)均優(yōu)于傳統(tǒng)生物處理工藝。

雖然近年來有關(guān)膜生物反應(yīng)器試驗(yàn)研究的報(bào)道頻繁出現(xiàn)，但是，目前在我國(guó)有關(guān)大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用尚未見報(bào)道。國(guó)內(nèi)外中水回用技術(shù)進(jìn)展對(duì)比如下：

由此可見，我國(guó)在中水處理技術(shù)領(lǐng)域與世界先進(jìn)水平的差距在15-20年，和美國(guó)就不必說，就是同在亞洲的近鄰日本，也把我們遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在了后面。因此必須加大技術(shù)研究開發(fā)力度，以縮短同世界先進(jìn)水平的差距，發(fā)展壯大我們的水處理產(chǎn)業(yè)。

結(jié)論

從以上分析可以看出，在綜合考慮各種因素的基礎(chǔ)上，MBR工藝與常規(guī)生物處理相比，無論經(jīng)濟(jì)性還是技術(shù)性膜生物反應(yīng)器都具有自身其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)(出水水質(zhì)良好、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、占地面積小等)預(yù)計(jì)我國(guó)未來的中水回用領(lǐng)域膜生物反應(yīng)器將進(jìn)一步得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

1鄭祥，樊耀波.膜生物反應(yīng)器在水處理中的研究及應(yīng)用.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2000，1(5)：12～19

2劉銳.處理洗浴污水的中試研究.中國(guó)給水排水，2001.17(1)：5～8 張振成.PW膜技術(shù)在印刷廢水處理中的應(yīng)用.水處理技術(shù).2000，26(3)：172～174

4程煥龍.PW-W膜分離活性污泥法處理中小規(guī)模高濃度有機(jī)廢水.環(huán)境導(dǎo)報(bào)，2000，6：18 ～19

5張洪宇.陶瓷膜-生物反應(yīng)器處理生活污水的研究.南京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，22(2)： 39～42

6何義亮.厭氧超濾膜生物反應(yīng)器截留分子量研究.中國(guó)給水排水，1999，15(9)：10～12

7樊耀波.膜-生物反應(yīng)器中膜的最佳反沖洗周期.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1997，17(4)：439～ 443

8桂萍.膜-生物反應(yīng)器運(yùn)行條件對(duì)膜過濾特性的影響.環(huán)境科學(xué)，1999，19(3)：38～41

9羅虹.膜生物反應(yīng)器內(nèi)泥水混合液可過濾性的研究.城市環(huán)境和城市生態(tài)，2000，13(1) ：51～54

10 黃霞.膜-活性污泥法組合工藝的污水處理特性研究.資源、發(fā)展與環(huán)境保護(hù)(第三屆海峽兩岸環(huán)境保護(hù)學(xué)術(shù)研討論文集)，1995，95～102

11 王亞娥.膜-生物反應(yīng)器特性影響因素研究.上海環(huán)境科學(xué)，1999，18(7)：318～320

12 邢傳紅.超濾膜*.生物反應(yīng)器處理生活污水及其水力學(xué)研究.環(huán)境科學(xué)，1997，18(5) ：19～21

13 彭躍蓮.超濾膜在染料廢水處理及聚合氯化鋁制備中應(yīng)用：［學(xué)位論文］.北京：中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，1999

14 張紹園.膜分離與生物降解組合工藝處理受污染水研究：［學(xué)位論文］.北京：中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，2000

15 劉銳.一體式膜-生物反應(yīng)器的水動(dòng)力學(xué)特性.環(huán)境科學(xué)，2000，21(5)：47～50

16 鄭祥，朱小龍，樊耀波.膜生物反應(yīng)器處理毛紡廢水的中試研究.環(huán)境科學(xué)，2000，22 (4)：79～82

17 顧平.中空膜生物床處理生活污水的中試研究.中國(guó)給水排水，2000，16(3)：5～8

18 邢傳紅.管式膜-生物反應(yīng)器處理城市污水的工藝設(shè)計(jì).中國(guó)給水排水，1999，15(1)

19．王海才．從中水回用技術(shù)看國(guó)內(nèi)外差距

20．遲娟．中水一體化設(shè)備在住宅中水領(lǐng)域中的應(yīng)用

21．雷東成等．污水回用新技術(shù)及工程設(shè)計(jì)