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通常研究者都认为能耗的降低与膜污染的控制是MBR研究领域两个独立的课题,而张绍园、郑祥采用穿流式、错流式膜组件进行分离式MBR研究发现:能耗随运行时间的延长、膜污染的增加呈上升趋势,从运行初期的不足0. 5 kW•h/m3增加到3 kW•h/m3。这说明:分离式膜生物反应器的能耗问题实质是膜污染问题。在实际工程中,由于系统各部件的不匹配(如风机、水泵的实际处理能力高于MBR系统所需)也造成实际运行能耗高于理论能耗值。
为了进一步降低能耗,顾平应用位差驱动出水和低水头间断工作的重力淹没式MBR,较好地克服了膜的污染与阻塞,使膜长时间保持较大的膜通量,并且省去复杂的气水反冲洗设备和降低曝气量,使MBR处理生活污水的能耗可下降到1.0 kW•h/m3,该型MBR在实际工程中能耗已降到0.6~0.8 kW•h/m3。
MBR的应用领域
进入90 年代中后期,膜-生物反应器在国外已进入了实际应用阶段。加拿大 Zenon 公司首先推出了超滤管式膜-生物反应器,并将其应用于城市污水处理。为了节约能耗,该公司又开发了浸入式中空纤维膜组件,其开发出的膜-生物反应器已应用于美国、德国、法国和埃及等十多个地方,规模从 380m 3 /d 至 7600m 3 /d 。日本三菱人造丝公司也是世界上浸入式中空纤维膜的知名提供商,其在 MBR 的应用方面也积累了多年的经验,在日本以及其他国家建有多项实际 MBR 工程。日本 Kubota 公司是另一个在膜-生物反应器实际应用中具有竞争力的公司,它所生产的板式膜具有流通量大、耐污染和工艺简单等特点。国内一些研究者及企业也在 MBR 实用化方面进行着尝试。
1 城市污水处理及建筑中水回用
1967 年第一个采用 MBR 工艺的废水处理厂由美国的 Dorr-Oliver 公司建成,这个处理厂处理 14m 3 /d 废水。 1977 年,一套污水回用系统在日本的一幢高层建筑中得到实际应用。1980 年,日本建成了两座处理能力分别为 10m 3 /d 和 50m 3 /d 的 MBR 处理厂。 90 年代中期,日本就有 39 座这样的厂在运行,最大处理能力可达 500m 3 /d ,并且有 100 多处的高楼采用 MBR 将污水处理后回用于中水道。 1997 年,英国 Wessex 公司在英国 Porlock 建立了当时世界上最大的 MBR 系统,日处理量达 2 000 m 3 , 1999 年又在 Dorset 的 Swanage 建成了13000m 3 /d 的 MBR 工厂 。
1998 年 5 月,清华大学进行的一体式膜 - 生物反应器中试系统通过了国家鉴定。 2000 年初,清华大学在北京市海淀乡医院建起了一套实用的 MBR 系统,用以处理医院废水,该工程于 2000 年 6 月建成并投入使用,目前运转正常。 2000 年 9 月,天津大学杨造燕教授及其领导的科研小组在天津新技术产业园区普辰大厦建成了一个 MBR 示范工程,该系统日处理污水 25 吨,处理后的污水全部用于卫生间的冲洗及绿地浇洒,占地面积为 10 平方米,处理每吨污水的能耗为 0.7kW • h 。
2 工业废水处理
90 年代以来, MBR 的处理对象不断拓宽,除中水回用、粪便污水处理以外,MBR 在工业废水处理中的应用也得到了广泛关注,如处理食品工业废水、水产加工废水、养殖废水、化妆品生产废水、染料废水、石油化工废水,均获得了良好的处理效果。 90 年代初,美国在 Ohio 建造了一套用于处理某汽车制造厂的工业废水的 MBR 系统,处理规模为 151m 3 /d ,该系统的有机负荷达 6.3kgCOD/m 3 • d , COD 去除率为 94% ,绝大部分的油与油脂被降解。在荷兰,一脂肪提取加工厂采用传统的氧化沟污水处理技术处理其生产废水,由于生产规模的扩大,结果导致污泥膨胀,污泥难以分离,最后采用 Zenon 的膜组件代替沉淀池,运行效果良好。
3 微污染饮用水净化
随着氮肥与杀虫剂在农业中的广泛应用,饮用水也不同程度受到污染。 LyonnaisedesEaux 公司在 90 年代中期开发出同时具有生物脱氮、吸附杀虫剂、去除浊度功能的 MBR 工艺, 1995 年该公司在法国的Douchy建成了日产饮用水 400m3的工厂。出水中氮浓度低于0.1mgNO2/L ,杀虫剂浓度低于 0.02μg/L 。
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