膜法污水升級改造解決方案

原創(chuàng)2017-10-13羅敏中國給水排水

題目：膜法污水升級改造解決方案

報告人: 蘇伊士水務(wù)技術(shù)與方案公司（原GE水處理） 大中華區(qū)技術(shù)商務(wù)總監(jiān) 羅敏

主持人：天津創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團(tuán)股份有限公司 李金河 總工

我們下一個匯報人是蘇伊士水務(wù)技術(shù)與方案公司（原GE水處理） 大中華區(qū)技術(shù)商務(wù)總監(jiān) 羅敏 先生，報告的題目是膜法污水升級改造解決方案。有請。

羅敏：

大家好，我今天下午介紹的主題是基于膜法的污水廠升級改造方案，主要跟大家分享兩個技術(shù)：第一個是MABR技術(shù)，第二個是MBR技術(shù)以及升級版的MACmbr技術(shù)。首先從能量平衡角度而言，污水處理廠可以看如何實(shí)現(xiàn)整體全廠能量平衡自給自足，這是典型能量平衡的污水處理廠四個單元，預(yù)處理采用LEAPprimary可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的初沉池和超細(xì)格柵（1mm膜格柵），通過物化方式將有機(jī)物和懸浮物進(jìn)行一定去除，以減輕后續(xù)生化處理的負(fù)荷以及更有效地保護(hù)膜系統(tǒng)。關(guān)于生化處理有低能耗MBR技術(shù)和強(qiáng)化去除營養(yǎng)物的MABR技術(shù)。污泥處置可采用Monsal高級厭氧消化技術(shù)，不同于目前市場常見的熱水解的厭氧硝化技術(shù)，我們的技術(shù)是生物酶水解的中溫厭氧硝化技術(shù)。最后一個單元就是高效沼氣發(fā)電，利用厭氧消化產(chǎn)生的甲烷發(fā)電實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)和能量回收。

接下來看MABR。MABR英文全稱是Membrane Aerated Biofilm Reactor，直接翻譯很多人會理解成“膜曝氣生物膜反應(yīng)器”，但我們認(rèn)為這并不能完全表達(dá)這個技術(shù)本身，所以我們把MABR稱為“膜傳氧生物膜反應(yīng)器”。為什么這樣說呢？我們的MABR產(chǎn)品的商標(biāo)是ZeeLung，英文Lung是肺的意思，意味著我們用膜來進(jìn)行傳氧。這實(shí)際上是用高效的氧氣擴(kuò)散膜來實(shí)現(xiàn)氧的傳遞，即是一個無泡曝氣過程。通過中空纖維膜傳氧，然后在中空纖維膜上再長生物膜實(shí)現(xiàn)好氧生物處理。這與傳統(tǒng)的生物膜工藝是完全不同的：左邊傳統(tǒng)生物膜介質(zhì)上面長生物膜。氧氣和水中有機(jī)物和營養(yǎng)物質(zhì)從外進(jìn)入到生物膜，從而存在異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌競爭的問題，整個生物膜單元是好氧環(huán)境。而在MABR工藝的生物膜中，氧氣和水中有機(jī)物、營養(yǎng)物質(zhì)是對向傳質(zhì)的，所以MABR的生物膜實(shí)際是一個硝化生物膜，即異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌不會產(chǎn)生沖突，這樣比較容易在整個生物膜界面上更好地進(jìn)行硝化，而在外面混合液中進(jìn)行反硝化，實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化。這實(shí)際上是兩種不同意義上的生物膜工藝技術(shù)。

MABR技術(shù)可與現(xiàn)有的活性污泥法技術(shù)相結(jié)合，我們可以把ZeeLung* MABR膜箱直接放在現(xiàn)有生化池缺氧池里面。如果沒有缺氧池，可在好氧池前端加一隔斷改造成缺氧池。簡單來說在這個ZeeLung膜上是好氧硝化反應(yīng)，而外部缺氧池內(nèi)部是反硝化反應(yīng)，即同步硝化反硝化，可減小硝化液內(nèi)回流比例。

關(guān)于充氧動力效率，ZeeLung也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的表曝和微孔曝氣，典型ZeeLung可以做到微孔曝氣的四倍效果。同時由于ZeeLung的傳氧是從膜孔直接到生物膜界面，不存在傳統(tǒng)意義上的清水/污泥曝氣效率問題.整體來說ZeeLung理論效率可以是百分之百,所以基于這一點(diǎn)可以獲得高效的氧氣利用率，換句話說也就是降低了整體的運(yùn)行電耗。針對A2O工藝來說，我們只需要將ZeeLung放在缺氧池，強(qiáng)化硝化和反硝化作用，后續(xù)的好氧生化池容積將會有30%到50%的處理水量余量。所以在現(xiàn)有占地不需要增加和傳統(tǒng)二沉池的回流比保持不變的條件下，通過MABR可以提高水質(zhì)同時提高水量。

拿一個實(shí)際的案子來分享：這個案子原來只有好氧池，但是需要增加30%的處理水量，同時需要去除總氮。對于傳統(tǒng)活性污泥法（AO）工藝而言，需要新建第四個生化池，同時做缺氧/好氧功能分區(qū)，增加鼓風(fēng)機(jī)和微孔曝氣頭。而大家熟悉的MBBR或IFAS技術(shù)，需要投加填料，同時將微孔曝氣頭更換為中孔曝氣頭，且新增鼓風(fēng)機(jī)滿足曝氣要求，整體處理能耗增加。如果采用MABR技術(shù)將會更簡單些，只需要在現(xiàn)有生化池前端安裝ZeeLung*膜箱，不用增加額外風(fēng)機(jī)，即可提高水量和水質(zhì)。

分享一個實(shí)際工程，這個項(xiàng)目一期先用了GE的MBR技術(shù)升級了現(xiàn)有的一半活性污泥法系統(tǒng)，處理規(guī)模為8000噸/天。剩下一半傳統(tǒng)活性污泥法只有好氧，但是全廠總氮要做到65%去除，怎么辦？考慮到全廠的能耗節(jié)省，后來選擇采用MABR技術(shù)，剩下一半升級成AO工藝。最后MBR跟MABR出水勾兌實(shí)現(xiàn)全廠65%的總氮去除。

ZeeLung*膜傳氧生物膜反應(yīng)器，針對升級改造而言有它獨(dú)特的地方，在不增加占地情況下提高水質(zhì)和處理規(guī)模，同時降低能耗。相對目前市面上一些典型升級改造技術(shù)有它的獨(dú)特優(yōu)勢。希望通過這個介紹給大家升級改造提供新的思路和工藝選擇。

接下來我們談?wù)凪BR。作為全球MBR技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，截止2015年底累計MBR水量超過1200萬噸/天。同時我們持續(xù)創(chuàng)新，尤其在降低能耗和強(qiáng)化MBR處理性能上，例如2011年推出的LEAPmbr技術(shù)，采用獨(dú)特脈沖膜擦洗技術(shù)，在能耗上比我們的序批式膜擦洗技術(shù)可以節(jié)省30%，典型LEAPmbr膜系統(tǒng)能耗可以做到噸水0.06度電，可以說是MBR行業(yè)內(nèi)最低能耗的MBR膜系統(tǒng)。

談到污水廠升級改造，我們可以用MBR升級改造現(xiàn)有的傳統(tǒng)二沉池，例如瑞典斯德哥爾摩的Henriksdal污水廠（86.5萬噸/天），也可以新建膜池而改造現(xiàn)有生化池功能分區(qū)，例如深圳羅芳污水廠40萬噸/天升級改造項(xiàng)目(將25萬噸氧化溝升級成40萬噸MBR)。

接下來想談一下超凈排放或回用的升級改造。典型MBR本身可以說把生化處理發(fā)揮到極致，對于市政污水廠而言做到準(zhǔn)IV類（總氮小于10mg/l）不是問題。但是要進(jìn)一步把COD、總氮和總磷降到更高標(biāo)準(zhǔn)（準(zhǔn)III或準(zhǔn)II）：COD<15-20mg/l、TN<3-5mg/l、TP<0.1-0.2mg/l,那么需要采用強(qiáng)化脫氮除磷(ENR)的MBR工藝。尤其是針對難降解COD,雖然也有采用MBR+RO或臭氧/BAC等工藝，但存在投資/運(yùn)行成本高，且RO濃水處置問題。所以我推薦一種強(qiáng)化COD去除的MACmbr技術(shù)，其原理就是在我們的MBR生化池中投加專利MAC（Membrane Accommodating Carrier）載體，這種載體具有巨大的微生物友好型表面積，能快速形成大量高密度、強(qiáng)活性、耐毒性的生物膜，通過吸附并富集生化池中殘余的難降解有機(jī)組分再進(jìn)行生物降解而使MAC載體表面再生，這樣不斷進(jìn)行吸附、預(yù)富集和降解的過程來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化COD的去除。

這種短流程工藝，實(shí)現(xiàn)MAC載體與MBR的完美耦合，實(shí)現(xiàn)1+1+1>3。MACmbr關(guān)鍵在于GE MBR采用的獨(dú)特的MAC載體特性、加強(qiáng)型ZeeWeed超濾膜、專利的曝氣及清洗工藝，在投加MAC載體的同時，不犧牲MBR通量和壽命等性能。相比其他的競爭工藝，在固定投資和運(yùn)營成本上都更有優(yōu)勢。在典型ZeeWeed MBR系統(tǒng)上增加MAC投加系統(tǒng)，系統(tǒng)生化調(diào)試時投加設(shè)定的劑量，在后續(xù)的運(yùn)行中會根據(jù)污泥齡（SRT）和來水COD 的波動來調(diào)整補(bǔ)充的MAC投加量。在典型市政MBR系統(tǒng)中， MBR出水COD會小于30mg/l，且基本在20-30波動，所以要達(dá)到準(zhǔn)III類或準(zhǔn)II類水質(zhì)要求，MAC的日常投加量將是一個靈活的操作值，這有利于運(yùn)行成本的最小化。而對于含有工業(yè)廢水的城鎮(zhèn)污水廠，要達(dá)到I級A或準(zhǔn)IV類水質(zhì)要求，也可采用MACmbr實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

隨著水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)管理和水生態(tài)文明建設(shè)的推行和區(qū)域水環(huán)境改善的迫切需求，如何實(shí)現(xiàn)在能量平衡下的超凈排放工藝和技術(shù)，尤其是膜法解決方案：MABR、MBR和MACmbr需要進(jìn)行全面思考。根據(jù)對ZeeLung*膜傳氧生物膜反應(yīng)器和強(qiáng)化有機(jī)物去除的MACmbr技術(shù)的剖析，我提出以下污水廠升級改造的工藝組合和優(yōu)化方向考慮與建議：

•全流程下的節(jié)能降耗和能量回收

•全流程下的污染物協(xié)同去除效應(yīng)

•對水溫波動/占地局限性的適應(yīng)性

•設(shè)計負(fù)荷和實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷的不同

•對難降解有機(jī)物的強(qiáng)化去除（特別是含有工業(yè)廢水）

•對營養(yǎng)物（TN/TP）的高效ENR去除

•系統(tǒng)生命周期成本的最小化

對于“膜”法生物處理，我們可以選擇MBR或者生物膜工藝。結(jié)合具體的污水廠升級改造實(shí)際情況，強(qiáng)化脫氮除磷的MACmbr和簡單、低能耗的ZeeLung*MABR將是適用于不同需求的最佳工藝選擇。