膜生物反应器工艺和生物接触氧化工艺中水处理的技术经济性分析
简介： 通过对采用膜生物反应器工艺和采用生物接触氧化工艺处理废水两个应用实例的运行监测，对两种工艺实际运行的技术和经济性能进行比较分析，阐述两种工艺应用于城市建筑中水回用的优缺点和适用性。关键字：膜生物反应器 生物接触氧化工艺 中水处理 废水
1. 前言
由于中水回用政策的出台，中水回用用途日益广泛，特别是北京市，大部分住宅小区、酒店、写字楼等中水回用于冲洗马桶、绿化、洗车、水景等用途，与的接触越来越密切，因此对中水的水质提出了更高的要求。今年，建设部颁布了最新的生活杂用水标准，同时新的城镇污水厂排放标准也规定了废水资源化的水质标准。总的来说，对污水处理和回用的出水水质标准要求有越来越严格。
膜生物反应器技术（Membrane Bioreactor）是二十世纪九十年代发展起来的污水处理新技术，是生物处理与膜分离技术相结合的一种高效污水处理工艺。由于膜的应用，大大提高了处理出水的水质标准，较为符合中水回用用途要求的发展趋势。鉴于这种趋势，膜生物反应器技术近两年在小型污水处理和城市建筑中水（废水为原水）方面应用越来越多，大有取代近十年来占据主导地位的生物接触氧化工艺的趋势。但是，作为一种新的技术，膜生物反应器除了技术的先进性外，是否具备良好的技术性能、适用性和运行经济性？
本文通过对本公司建设运行的两个应用不同工艺的中水处理工程实际运行效果进行对比分析，探讨两种工艺在实际应用的优缺点。
2．案例简介
北京碧水源科技发展有限公司是我国较早将膜生物反应器技术应用到中水回用处理的单位，并且是国家“863”课题“膜生物反应器技术产业化”的承担单位之一。自2000年底第一台实际应用的一体式膜生物反应器研制成功后，经过改进，目前已形成了系列化、标准化产品。并建立了膜生物反应器产业化基地。
本文进行探讨的两个工程分别介绍如下：
2.1 锋尚国际公寓中水处理工程
锋尚国际公寓中水处理工程采用膜生物反应器工艺，原水为废水，水量240m3/d，采用碧水源公司生产的pwmbr-240c一体式膜生物反应器一台，分两个模块，每个模块处理能力为120m3/d可单独运行一个或同时运行两个模块。处理能力240m3/d。为采用日本三菱公司生产的中空纤维膜，由碧水源公司设计加工膜组件。要求处理出水达到回用标准，回用于冲厕、洗车和小区绿化。中水处理工程于2002年5月投入运行，目前已运行1年6个月。
工艺流程如下：
2.2 阳光100国际公寓中水处理工程
阳光100国际公寓中水处理工程采用传统生物接触氧化法工艺，原水为废水，水量240m3/d，采用碧水源公司生产的pwbx-240一体式中水接触氧化设备一套，处理能力240m3/d。要求处理出水达到回用标准，回用于冲厕、洗车和小区绿化。中水处理工程于2001年12月投入运行，目前已投入运行1年11个月。
工艺流程如下：
2.3 研究方法
自2003年4月至2003年8月，分别对上述两个工程进行正常的运行，监测出水水质、记录耗电量、投药量、出水量和其他工作状况条件等参数。水质分析主要监测CODcr, BOD5, LAS，NH3-N等
3．运行结果分析和讨论
3.1 处理出水水质监测结果分析
1．COD的去除
从两种工艺的COD去除效果看，膜生物反应器工艺与生物接触氧化工艺相比，
具有以下明显优势：锋尚国际公寓膜生物反应器出水水质明显优质稳定，平均出水COD为17.25mg/l, 平均去除率91％。虽然原水COD变化较大，出水水质均能保持在45mg/l以下。阳光100生物接触氧化工艺出水虽然也能满足中水标准，但平均出水COD较高，为36mg/l，平均COD去除率75％并且变化较大，出水明显受原水水质状况的影响。
2．LAS的去除
LAS是废水中主要的污染成分，对LAS去除的效果是中水处理工艺优劣的重要指标。从监测结果看，锋尚国际公寓膜生物反应器出水LAS始终低与0.25mg/l，平均0.16mg/l，平均去除率97.5%，远优于阳光100的接触氧化工艺（平均出水LAS 0.9mg/l）。
3．氨氮的去除
建设部新颁布的生活杂用水水质标准对氨氮要求，对洗车和冲厕，要求小于10mg/l，对绿化要求小于20mg/l。膜生物反应器对氨氮有很好的去除效果，出水平均氨氮为0.75mg/L，去除率达95％，接触氧化法工艺氨氮去除效果较差，出水氨氮平均5.75mg/l，去除率44％。由于膜分离对硝化细菌的高效截留作用，生物反应器内可以维持高浓度的硝化细菌，因此可以获得非常高的硝化效果，氨氮去除率可以达到95%以上。
3.2 工程经济性能分析
1．投资经济性分析
表 1 锋尚国际公寓膜生物反应器中水工程与阳光100国际公寓生物接触氧化法工艺中水工程投资经济性分析
项目锋尚国际公寓阳光100国际公寓处理能力（m3/d）240240土建投资（万元）2526设备投资（万元）4532工程总投资（万元）6758吨水投资（元）27922417总占地面积 （m2）设备占地面积土建占地面积110m26050170m212050
土建投资不含机房外管线投资
膜生物反应器投资明显高于生物接触氧化工艺，吨水投资约高出16％以上，主要是设备投资明显增大，前者要比后者设备投资高出40％。但从设备占地面积看，前者只有后者的一半。如果将占地所产生的成本折算，应可抵消膜生物反应器的设备投资增加部分，因此从投资经济性来看，两种工艺应基本相当。
2．运行经济性分析
影响中水系统运行费用的因素较多，包括：电力消耗、药剂使用量、设备维护、人员等，尤其是膜生物反应器，受膜组件的影响较大，膜寿命、膜价格是其中最关键因素，膜寿命：膜的使用年限越长，膜的折旧费用越低；膜寿命的延长、膜价格降低均可大幅度降低膜生物反应器的运行费用。同时与处理规模有关，处理规模越大，其吨水成本越低。。从本文的两个工程运行情况看，膜生物反应器的运行成本，较接触氧化稍低，主要原因是碧水源公司的膜生物反应器采用日本三菱公司的膜材料，寿命长，折合吨水投资较少。
从运行成本的组成看，两种工艺的成本组成均以折旧和耗电费占据主要份额，分别达到78.7%和80%。其次是人员管理费用。
表 1 锋尚国际公寓膜生物反应器中水工程与程运行经济性分析项目锋尚国际公寓阳光100国际公寓日耗电费93.6156日药剂费8.59.6日人员管理费3030日维护费(1年平均)2025直接吨水运行费0.630.91设备折旧(吨水折旧)0.510.45吨水运行成本1.141.374．结语
通过两个采用不同工艺的中水回用工程实际运行结果分析表明，膜生物反应器技术是一项处理效果好、经济性能优越的中水回用处理工艺，尤其是其稳定优秀的水质，对保证中水回用的安全性，具有重要的意义。膜生物反应器技术在中水回用领域将具有广阔的前景。
5．主要参考文献
1. 马世豪、梁辉等：一体式膜生物反应器技术和工程应用规程，中国工业标准化协会：2003
2. 黄霞等：膜－生物反应器废水处理工艺的研究进展，环境科学研究，11(1)，40-44(1998)
3. Stephenson, T., Judd, S., Jefferson, B. and Brindle K. Membrane bioreactor for wastewater treatment. London: IWA Publishing, 2000
4. Yamamoto, K., Hiasa, M., Mahamood, T. and Matsuo, T., Direct solid-liquid separation using hollow fiber membrane in an activated sludge aeration tank. Wat. Sci. Tech., 21, 43-54(1989).
5. Magara, Y. and Itoh, M., The effect of operational factors on solid/liquid separation by ultra-membrane filtration in a biological denitrification system for collected human excreta treatment plants. Wat. Sci. Tech., 23, 1583-1590(1991).
6. Xia Huang, Ping Gui, Xianghua Wen, Yi Qian: Treatment of refractory organic compound using a membrane bioreactor, 21 Century- International Symposium on Membrane Technology and Environment Protection, p.129-135, Sep. 18-21, Beijing, China
作者：梁 辉 高级工程师，副总经理
北京碧水源科技发展有限公司
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