MBR、MBBR+磁混凝是兩種比較受關(guān)注的技術(shù)比較
【蘭州純水設(shè)備http://www.top711.com】MBR技術(shù)和MBBR+磁混凝技術(shù)是污水處理廠改造升級中備受關(guān)注的兩種技術(shù)路線。兩種工藝均可使生物處理能力提高一倍,與水廠現(xiàn)有工藝高度兼容。它們都是土地密集型過程。筆者對這兩個過程進(jìn)行了全面的比較,得出的結(jié)論如下:
MBR和MBBR+混凝磁路均可作為集約工藝,占地少,滿足生活污水處理廠升級、擴(kuò)建或新建的需要。生物池處理能力可提高100%。
對于升級和擴(kuò)建項目,MBBR路線更好。對于新項目,MBR路線和MBBR路線的選擇應(yīng)根據(jù)土地緊缺程度確定:當(dāng)土地需求量小于400m2/ 10000噸時,MBR工藝可以滿足要求;建筑面積要求400m2/ 10000 t時,優(yōu)先采用MBBR+磁凝方式。
當(dāng)設(shè)計水質(zhì)達(dá)到準(zhǔn)確Ⅳ類水質(zhì),MBBR路線可以提高精密過濾器加強(qiáng)SS治療效果。
MBBR+磁混凝路線,投資和運(yùn)行成本節(jié)約水處理設(shè)備,在工程實踐中顯示出良好的效果。
近年來,國家變得越來越嚴(yán)格的水環(huán)境的要求,提高污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn),在這一階段的新建造污水處理廠(變化、擴(kuò)張都需要達(dá)到的水平(gb18918 - 2002)標(biāo)準(zhǔn),準(zhǔn)Ⅳ部分需要達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在國內(nèi)改造過程中,膜生物反應(yīng)器(MBR)、移動床生物膜工藝(MBBR)、磁凝等強(qiáng)化工藝逐漸受到重視并得到廣泛應(yīng)用,取得了良好的工程實踐效果。通過比較MBR和MBBR +磁凝固(MBBR)流程路線,分析了適用的場景的等候的兩條技術(shù)改造方面的潛力,足跡的過程,過程符合當(dāng)前形勢下,投資和運(yùn)行費(fèi)用,提供參考的選擇忍耐轉(zhuǎn)換為國內(nèi)污水處理廠的技術(shù)路線。
1. MBR和MBBR路由概述
MBR,通過膜過濾實現(xiàn)污泥與水的分離,可以富集較高的污泥濃度在生化池中,增強(qiáng)處理效果;此外,膜法工藝可以有效地滿足SS的高排放標(biāo)準(zhǔn)要求。如果生化指標(biāo)(有機(jī)物、TN、TP、氨氮等)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),則可以排放出水消毒,這是一個高集成度的工藝。為了保護(hù)薄膜元件,對預(yù)處理要求嚴(yán)格,需要設(shè)置超細(xì)格柵、沉淀池等;如果進(jìn)水口超過設(shè)計流量限制, 則只能排放原水;這是一個典型的高能耗、高藥耗過程。
MBBR通過在反應(yīng)器中加入懸浮載體來提高生化處理效果,可以實現(xiàn)原位轉(zhuǎn)化和原位標(biāo)記;而MBBR屬于生化增強(qiáng)技術(shù)蘭州純水設(shè)備。對于SS和TP,最終供水是不可能實現(xiàn)的,需要與其他深加工技術(shù)相匹配。磁混凝,通過在混凝階段加載磁粉,可以增強(qiáng)混凝沉淀效果,保證SS和TP的加工效果,可以與MBBR相結(jié)合互補(bǔ),形成密集的工藝組合。
二、MBR與MBBR路線技術(shù)比較
2.1 生物池提標(biāo)潛能比較
受二沉池運(yùn)行效果及處理能力的影響,一般生物池設(shè)計污泥濃度在3-4g/L,本部分比較按照原生物池設(shè)計平均污泥濃度3g/L進(jìn)行計算,f=0.7,即2.1gVSS/L。由于生物反應(yīng)受溫度及水質(zhì)影響較大,不同地區(qū)進(jìn)水水質(zhì)及溫度存在明顯差異,本部分比較通過能夠增加的最大等效生物量進(jìn)行比較,不討論其他因素。
MBR膜生物反應(yīng)器是一種將高效的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的污水處理工藝,它以共同結(jié)構(gòu)浸沒式膜組件置于曝氣池中,經(jīng)過好氧曝氣與生物處理后的水,由泵經(jīng)過濾膜過濾后以抽出。它與傳統(tǒng)污水處理方法大的差異在于替代了傳統(tǒng)生化工藝中的二沉池和三級處理工藝。根據(jù)膜的形式不同,MBR又分為平板膜和中空纖維膜,由于中空纖維膜較平板膜堆積密度更高,且應(yīng)用更為廣泛,采用中空纖維膜MBR進(jìn)行分析?,F(xiàn)階段,一般運(yùn)行良好的MBR生物池,最大污泥濃度為8g/L,f=0.5,即提標(biāo)后,其最大生物為4gVSS/L,是提標(biāo)前的1.90倍。
MBBR為泥膜復(fù)合工藝,其生物量由兩部分組成,即池內(nèi)的活性污泥和填料表面的料上污泥。MBBR并非兩者簡單的疊加,二者會相互影響。當(dāng)系統(tǒng)加入填料后,生物膜會對活性污泥的處理能力產(chǎn)生一定的影響,按照改造前處理能力的80%計算,取f=0.7,即活性污泥項的等效污泥濃度為1.68g/L;而生物膜等效污泥濃度,按照填料掛膜量12g/m2計算,填料有效比表面積取800m2/m3,填充率為30%(全池計,相當(dāng)于好氧區(qū)HRT占50%且好氧區(qū)填充率60%,MBBR最大允許填充率為67%,已有工程中最大為62%),f=0.9,則生物膜上生物量等效污泥濃度為2.59g/L,即MBBR工藝總生物量為4.27gVSS/L,提標(biāo)后,最大生物量是提標(biāo)前的2.03倍。
經(jīng)比較可知,從生物量的角度,MBR與MBBR對生物池進(jìn)行提標(biāo)的最大能力是基本一致的,有效生物量MBBR略高。MBR可提高運(yùn)行污泥濃度,MBBR可增加懸浮載體投加量提高生物量。僅生化段(不包括膜池或二沉池),兩種工藝均可實現(xiàn)處理能力翻倍,不論是從一級B向一級A提標(biāo),甚至直接提標(biāo)至準(zhǔn)IV,均能夠滿足處理要求。
2.2 與現(xiàn)況工藝契合度
1)預(yù)處理,現(xiàn)階段我國的一般污水廠預(yù)處理段采用兩級格柵,即粗格柵和細(xì)格柵,對應(yīng)柵條間距多為15-20mm,6-10mm,由于MBR工藝膜絲較細(xì),為延緩堵塞,要求進(jìn)水前增加一道1-2mm的精細(xì)格柵(膜格柵);而MBBR防止堵塞的機(jī)制在于填料和篩網(wǎng)之間水力學(xué)的良好設(shè)計,而非通過強(qiáng)化進(jìn)水?dāng)r截;但新增膜格柵占地很小,一般污水廠均可以解決。
2)生物處理,現(xiàn)況工藝為SBR類工藝時,對于MBR路線,可擴(kuò)建膜池,實現(xiàn)SBR轉(zhuǎn)連續(xù)流運(yùn)行;現(xiàn)況工藝為連續(xù)流工藝時,對于MBR路線,一般新建膜池,原有沉淀池廢棄或做他用。而對于MBBR路線,其鑲嵌式改造的特點(diǎn),與兩類工藝均能較好嵌合,且合理利用已有構(gòu)筑物和工藝。
3)曝氣系統(tǒng),由于生物量的增加,一般情況下,兩工藝路線均需對曝氣系統(tǒng)進(jìn)行改造,均需要采用底部曝氣。
4)加藥系統(tǒng),兩工藝路線對于加藥系統(tǒng)均無明顯影響,磁混凝部分需增加的PAM及磁粉投加系統(tǒng)可設(shè)置于磁混凝澄清池上部,無需改變原有加藥系統(tǒng)及新增用地。
5)污泥系統(tǒng),由于處理能力的提升,剩余污泥量及化學(xué)污泥量均有一定程度的提高,兩工藝路線均需對污泥系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容水處理設(shè)備。根據(jù)規(guī)范,一般的A2O污泥齡為10~20d,MBR污泥齡15~30d,即MBR污泥齡是改造前的1.5倍,而MBR反應(yīng)池污泥量是改造前的2倍,故改造后剩余污泥量是改造前的133%,化學(xué)污泥量因除磷量的增加有略微上升;而對于MBBR路線,其等效污泥量為改造前的2倍,等效污泥齡約為改造前的1.7倍,故改造后剩余污泥總量為改造前的120%,化學(xué)污泥量與MBR工藝基本一致。
綜上,兩工藝路線對于現(xiàn)況工藝的契合度均較高,能夠在最小的改動下實現(xiàn)污水廠的提標(biāo)。
2.3 工藝占地
對于升級改造,兩種路線均無需擴(kuò)建生化池,但均涉及新增占地。MBR路線,其主要的新增工藝占地為膜池及設(shè)備間;MBBR路線,其主要的新增工藝占地為磁混凝澄清池。兩種路線升級改造的典型案例數(shù)據(jù)比較如表1所示。MBR部分,設(shè)計時除了考慮變化系數(shù)外,要考慮膜通量下降對于膜組件的補(bǔ)充,設(shè)計時一般預(yù)留10-20%,同時,盡管膜通量各異,但隨著規(guī)模的增大,噸水占地指標(biāo)將減小,MBR工藝污水廠的新增占地在280-450m2/萬噸。磁混凝澄清池工藝占地受表面負(fù)荷影響,一般可取20-40m3/m2/h,萬噸水占地在60-100m2/萬噸,遠(yuǎn)小于MBR的占地,僅為其1/3以下。比較C和E污水廠,MBR新增占地287m2/萬噸,MBBR+磁混凝新增占地71.2m2/萬噸,后者僅為前者的24.8%,此時MBBR+磁混凝路線占地更優(yōu)。
MBR與MBBR路線 孰優(yōu)孰劣?聚焦污水廠升級改造工藝選擇
對于新建,相比于傳統(tǒng)工藝,MBBR或MBR均可將生化池占地縮小50%。但MBBR需要新增沉淀池,考慮周進(jìn)周出矩形二沉池表面負(fù)荷較高且占地利用率高,一般可取0.8-1.2m3/m2/h,沉淀池和深度處理的占地仍需400-600m2/萬噸。此時需根據(jù)占地要求選擇,當(dāng)占地要求<400m2/萬噸時,MBR工藝可滿足要求,當(dāng)占地要求≥400m2/萬噸時,優(yōu)先推薦MBBR+磁混凝路線。
對于原生化池提量,兩種路線均能實現(xiàn)生化池處理能力提升100%。當(dāng)提量100%、處理能力翻倍時,MBBR路線需擴(kuò)建一半規(guī)模二沉池,新增占地在230-360m2/萬噸,小于MBR路線占地。
當(dāng)設(shè)計出水水質(zhì)需達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類水質(zhì)時,兩路線的核心關(guān)鍵差別在于SS。MBR可實現(xiàn)出水SS<5mg/L,而目前尚無磁混凝出水SS穩(wěn)定達(dá)到5mg/L以下的報道,需要在此技術(shù)上新增過濾單元。蘭州純水設(shè)備過濾單元可采用高精度纖維轉(zhuǎn)盤濾池,高精度濾布當(dāng)量孔徑為5微米,其設(shè)計濾速應(yīng)控制在7m3/m2/h以內(nèi),其萬噸水占地在50m2/萬噸以下,噸水投資在50-100元/t,運(yùn)行費(fèi)用小于0.05元/t。
具體到工程項目中,因各水廠仍存在具體情況的差異,如現(xiàn)況沉淀池是否需改造或擴(kuò)建、已有深度處理工藝流程及運(yùn)行情況等,均可能對兩種路線的占地需求產(chǎn)生影響,選擇時仍需要結(jié)合具體項目具體分析。
三、MBR與MBBR路線投資運(yùn)行比較
3.1 投資對比
對于污水處理廠,投資與工藝路線的選擇息息相關(guān),需要在滿足出水水質(zhì)要求的情況下,盡量降低投資及運(yùn)行成本。
MBR投資主要由設(shè)備費(fèi)和土建費(fèi)用組成,其中,設(shè)備費(fèi)占較大比重,一般在60%以上,伴隨著MBR技術(shù)的研發(fā)日益成熟,MBR設(shè)備費(fèi)近年來顯著降低,從原來的噸水投資3000元以上,下降到現(xiàn)在的600-1000元,未來有望進(jìn)一步降低,這也是這幾年國內(nèi)能夠大規(guī)模應(yīng)用MBR的關(guān)鍵;土建費(fèi)用受污水廠形式(全地下、半地下、地上式)、場地條件影響較大,無法統(tǒng)一衡量水處理設(shè)備,對于地上式污水廠,土建費(fèi)用一般在設(shè)備費(fèi)用的1/3左右。
因MBBR部分無土建變動,其投資全部為設(shè)備費(fèi)用,受設(shè)計水質(zhì)影響較大,一般噸水投資在200-500元/t;而磁混凝噸水設(shè)備投資在150-250元/t,由于工藝負(fù)荷較高,土建占地面積小,其土建投資一般在100元/t以下,路線整體投資在350-750元/t。同MBR路線相比,MBBR路線在投資上具有較大優(yōu)勢。
3.2 運(yùn)行成本
僅比較運(yùn)行成本的差異項,非全部運(yùn)行成本。無論是采用MBR工藝,還是MBBR工藝,其運(yùn)行成本主要由以下幾部分組成:藥劑費(fèi)、電費(fèi)和易耗品折舊費(fèi)用(MBR為膜、MBBR為填料)。由于兩種工藝的生物池部分曝氣量、設(shè)備功率基本一致,且除磷加藥量相當(dāng),因此該部分費(fèi)用不計入比較。即藥劑費(fèi)的對比僅對比除磷藥劑外的其他藥劑,電費(fèi)的對比僅對比MBR工藝設(shè)備及磁混凝工藝設(shè)備的電度電費(fèi),由于全廠變壓器容量不同帶來的基本電費(fèi)差異不計入比較。
通過對幾個實際污水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)分析,MBR工藝的噸水電費(fèi)及噸水折合膜更換費(fèi)用(按照使用年限5年計算)均在0.2元以上,藥劑費(fèi)用在0.01元左右,MBR工藝的平均運(yùn)行成本在0.5元以上;對于MBBR工藝路線,僅計算其填料折舊費(fèi)用,按照使用年限10年計算,其噸水成本在0.1元以下;而磁混凝工藝的噸水藥劑費(fèi)用在0.02元左右,噸水電費(fèi)在0.02元左右,因此,MBBR+磁混凝其總運(yùn)行費(fèi)用在0.2元以下。MBBR+磁混凝工藝路線在運(yùn)行費(fèi)用上較MBR工藝具有較大的優(yōu)勢。水處理設(shè)備 去離子水設(shè)備
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