【小白必备】膜生物反应器工艺详解

2.1.2耐水量冲击负荷能力差

MBR工艺一般分为外置式和浸没式两种。浸没式MBR工艺由于其跨膜压差较小，膜通量很少会超过临界值，因而可以保持长时间稳定的膜通量而无需进行化学清洗。目前在我国市政领域应用的MBR工艺主要采用浸没式，依靠水泵负压抽吸出水，水泵的额定流量限制了MBR工艺的最大产水量。由于膜运行时存在一个极限通量，当进水水量超过这个极限时，跨膜压差会急剧加大，导致抽吸出水量下降。但由于全部产水均为通过膜后出水，故MBR工艺出水水质得到保证。而在传统活性污泥工艺中，峰值流量超过设计值时，会使沉淀池的水力负荷加大，出水水质受到影响而导致处理效率下降。但峰值水流可以通过适当加大沉淀池出水堰的堰上水头而流出。

因此，与传统工艺相比，MBR工艺可以保证出水水质，但难以承受较大的水量冲击负荷。而城市污水处理厂的流量会随着季节、降雨量、生活习惯或进水组成及处理规模等有所变化，所以对于水量波动较大的城市污水处理厂，应用MBR工艺应格外慎重。

针对这一问题，对于小型污水处理厂，建议通过加大生化池超高、加大抽吸泵的额定流量、适当增大膜片面积来解决，但是会增加投资费用;对于大型污水处理厂，建议与传统污水处理工艺配套使用，以应对水量冲击，而且MBR工艺的高品质产水，还可适当降低配套平行工艺的出水要求。

2.1.3存在技术壁垒

MBR工艺的应用已越来越广泛，但由于各膜厂商的膜材料和膜组件差异较大，相关的技术参数多掌握在各个膜厂商处，存在较严重的技术壁垒。同时，目前说及MBR工艺的着眼点主要是膜，但MBR工艺实际上是改进型或强化型的生物处理工艺，是膜与生物反应器的整合。与活性污泥法不同，在技术应用中是全流程的系统概念，包括前端预处理系统、生化处理系统、膜分离系统、污泥处理系统、空气系统和自动控制系统等多个部分，需要进行整体系统设计。而目前，前端预处理、污泥和空气系统没有根据膜分离的特点加以优化调整，生化处理部分与后续膜分离系统之间的衔接缺乏优化设计经验，全流程设计经验和参数不全，忽视控制仪表和设备的选择，缺乏标准化的运行指导，影响了MBR工艺的运行效果、膜寿命和能耗。

2.2

经济方面

2.2.1投资费用较高

膜组件的技术含量较高，投资较大;同时，MBR工艺的自动化程度较高，需要较为先进的仪表设备，也相应增加了投资费用。据项目统计数据分析可知，市政领域MBR艺的吨水总投资费用为2100～7000元，平均约3800元，直接工程费用为2000～4500元(包括土建、安装、膜系统及其他设备)。表1列举了部分大型MBR工程的投资情况。投资费用的差异与应用领域(污水处理、污水深度处理、地表水处理、雨水处理)、项目建设时期(新建、扩建、升级改造项目)、膜组件厂商、结构形式(地上式、半地下式和全地下式)等均有较大关系。

表1 部分大型MBR工程的投资情况

据统计，我国2012年所有市政污水处理厂的平均总投资费用是2200元/(m3˙d)，可见MBR工艺比传统活性污泥法项目的建设投资费用高较多。但MBR工艺的出水水质优良且可达到再生水回用的标准，因此在比较投资费用时，应以生物处理和再生水处理两部分的费用之和与MBR工艺做比较。达到相关再生水回用标准的深度处理工艺很多，如滤布滤池、砂滤、超滤等。对比同地区、同时期、规模接近的3个污水处理厂，分别采用MBR工艺、二级生物处理+滤布滤池和二级生物处理+浸没式超滤的工程直接投资费用(见图3)可以看出，MBR工艺的土建费用略低些，但膜组件的投资较高，其他设备的投资也略高。总体上来说，二级生物处理+滤布滤池的投资费用最低，但是其出水水质不如MBR工艺。如考虑接近的出水水质，二级生物处理+浸没式超滤投资与MBR工艺投资相差不大，差额在5～10。

图3 不同处理工艺的项目工程直接投资费用对比

此外，据不完全统计，用于市政领域的MBR工艺的占地面积为0.12～0.69m2/(m3˙d)，而包含三级处理的传统工艺市政污水处理厂的占地面积为1.2～1.6m2/(m3˙d)。表明MBR工艺在占地面积方面有明显优势。如果进一步考虑征地费用，由于MBR工艺占地面积较小，投资差距会进一步缩小。

由此看来，由于MBR工艺的一次性投资相对较高，在选择MBR工艺时，应因地制宜，综合考虑出水标准要求、占地面积、经济因素、中水回用需求和进水水质处理难度等要素。

2.2.2能耗高

根据数据分析，市政领域MBR工艺的电耗为0.5～0.8(kW˙h)/m3，成本约为0.3～0.5元/m3，主要包含进水提升、预处理系统、生化段搅拌与混合、回流系统、生化段供氧曝气、膜池擦洗、膜抽吸系统、膜清洗系统和辅助系统等。图4表示了典型MBR工艺不同功能段的能量消耗情况。其中，控制膜表面污堵的膜池擦洗占能量消耗的比例最大，约为25%;生化段供氧曝气占比也较大，约为21%。与传统工艺相比，膜池擦洗、膜抽吸系统及膜清洗系统是MBR工艺能耗增加的主要方面，总占比近40%。

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