MBR工藝與MBBR+磁混凝工藝路線PK→聚焦污水廠升級改造工藝選擇

　　在污水廠升級改造大潮中， MBR、MBBR+磁混凝是兩種比較受關(guān)注的技術(shù)路線。兩種路線均能實(shí)現(xiàn)生物處理能力翻倍，且與水廠現(xiàn)況工藝契合度高，均屬占地集約型工藝。

　　作者對兩種工藝做了詳細(xì)比較，結(jié)論如下：

　　MBR與MBBR+磁混凝路線均可屬集約型工藝，占地省，可滿足國內(nèi)污水廠升級改造、擴(kuò)容或新建需求，生物池處理能力可提高*。

　　對于升級改造項(xiàng)目和擴(kuò)容項(xiàng)目，MBBR路線更優(yōu)。對于新建項(xiàng)目，MBR路線與MBBR路線選擇需根據(jù)對占地的緊缺程度判定：當(dāng)占地要求<400m2/萬噸時(shí)，MBR工藝可滿足要求；當(dāng)占地要求≥400m2/萬噸時(shí)，優(yōu)先推薦MBBR+磁混凝路線。

　　當(dāng)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)需達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類水質(zhì)時(shí)，MBBR路線可增加高精度濾池強(qiáng)化SS處理效果。

　　MBBR+磁混凝路線，投資和運(yùn)行費(fèi)用省，在工程實(shí)踐中表現(xiàn)出較好的效果。

　　近年來，國家對于水環(huán)境的要求日益嚴(yán)格，污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，現(xiàn)階段的新(改、擴(kuò))建污水廠均需達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)，部分地區(qū)需要達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)改造中，膜生物反應(yīng)器(MBR)、移動床生物膜工藝(MBBR)、磁混凝等集約型工藝，逐步受到關(guān)注，并得以廣泛的應(yīng)用，均獲得了良好的工程實(shí)踐效果。對MBR、MBBR+磁混凝(簡稱MBBR路線)兩工藝路線，從提標(biāo)潛能、工藝占地、與現(xiàn)況工藝契合度、投資、運(yùn)行成本等方面進(jìn)行對比，分析兩種技術(shù)改造路線的適用場景，為國內(nèi)污水廠提標(biāo)改造技術(shù)路線選擇提供參考。

　　1、MBR與MBBR路線概述

　　MBR，通過膜過濾實(shí)現(xiàn)泥水分離，可在生化池內(nèi)富集更高污泥濃度，強(qiáng)化處理效果；且膜工藝可有效滿足高排放標(biāo)準(zhǔn)對于SS的要求，若生化指標(biāo)(有機(jī)物、TN、TP、氨氮等)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，出水消毒即可排放，屬于集成度較高的工藝。為保護(hù)膜組件，對預(yù)處理要求嚴(yán)格，需設(shè)置超細(xì)格柵、沉砂池等；動力出水，若進(jìn)水超過設(shè)計(jì)流量極限只能原水排放；膜沖洗曝氣高、回流比大、藥劑使用量大，是典型的高能耗、高藥耗工藝。 MBBR，通過向反應(yīng)器內(nèi)投加懸浮載體，強(qiáng)化生化處理效果，可實(shí)現(xiàn)原位改造、原位提標(biāo)；但MBBR屬于生化強(qiáng)化技術(shù)，對于SS、TP無法實(shí)現(xiàn)出水保障，需要匹配其他深度處理工藝；磁混凝，通過對混凝階段加載磁粉，強(qiáng)化混凝沉淀效果，保障SS及TP處理效果，能夠與MBBR聯(lián)合互補(bǔ)，形成集約型占地的工藝組合。

　　2、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(jì)污泥濃度在3-4g/L，本部分比較按照原生物池設(shè)計(jì)平均污泥濃度3g/L進(jìn)行計(jì)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較大等效生物量進(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。

　　現(xiàn)階段，一般運(yùn)行良好的MBR生物池，較大污泥濃度為8g/L，f=0.5，即提標(biāo)后，其較大生物為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(jì)算，取f=0.7，即活性污泥項(xiàng)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(jì)算，填料有效比表面積取800m2/m3，填充率為30%(全池計(jì)，相當(dāng)于好氧區(qū)HRT占50%且好氧區(qū)填充率60%，MBBR較大允許填充率為67%，已有工程中較大為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，較大生物量是提標(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)的較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(shí)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(jì)，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(shí)，對于MBR路線，可擴(kuò)建膜池，實(shí)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(shí)，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。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，能夠在較小的改動下實(shí)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(jì)時(shí)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(jì)時(shí)一般預(yù)留10-20%，同時(shí)，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(shí)MBBR+磁混凝路線占地更優(yōu)。

 

　　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(shí)需根據(jù)占地要求選擇，當(dāng)占地要求<400m2/萬噸時(shí)，MBR工藝可滿足要求，當(dāng)占地要求≥400m2/萬噸時(shí)，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(shí)現(xiàn)生化池處理能力提升*。當(dāng)提量*、處理能力翻倍時(shí)，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(jì)出水水質(zhì)需達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類水質(zhì)時(shí)，兩路線的核心關(guān)鍵差別在于SS。MBR可實(shí)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(bào)道，需要在此技術(shù)上新增過濾單元。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(jì)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(xiàng)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(shí)仍需要結(jié)合具體項(xiàng)目具體分析。

　　3 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，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(jì)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

　　表1中比較運(yùn)行成本，僅比較運(yùn)行成本的差異項(xiàng)，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(jì)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(jì)入比較。 通過對幾個(gè)實(shí)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(jì)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(jì)算其填料折舊費(fèi)用，按照使用年限10年計(jì)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。