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MBR與MBBR路線 孰優孰劣?PK進行時 聚焦污水廠升級改造工藝選擇

MBR與MBBR路線 孰優孰劣?PK進行時 聚焦污水廠升級改造工藝選擇

發布日期:2019-05-20 作者:高偉楠 點擊:

編者導讀:在污水廠升級改造大潮中, MBR、MBBR+磁混凝是兩種比較受關注的技術路線。兩種路線均能實現生物處理能力翻倍,且與水廠現況工藝契合度高,均屬占地集約型工藝。作者對兩種工藝做了全方位比較,結論如下:

?MBR與MBBR+磁混凝路線均可屬集約型工藝,占地省,可滿足國內污水廠升級改造、擴容或新建需求,生物池處理能力可提高100%。

?對于升級改造項目和擴容項目,MBBR路線更優。 對于新建項目,MBR路線與MBBR路線選擇需根據對占地的緊缺程度判定:當占地要求<400m2/萬噸時,MBR工藝可滿足要求;當占地要求≥400m2/萬噸時,優先推薦MBBR+磁混凝路線。

?當設計出水水質需達到準Ⅳ類水質時,MBBR路線可增加高精度濾池強化SS處理效果。

?MBBR+磁混凝路線,投資和運行費用省,在工程實踐中表現出較好的效果。

近年來,國家對于水環境的要求日益嚴格,污水處理廠出水標準不斷提升,現階段的新(改、擴)建污水廠均需達到一級A標準(GB18918-2002),部分地區需要達到準Ⅳ類水質標準。國內改造中,膜生物反應器(MBR)、移動床生物膜工藝(MBBR)、磁混凝等集約型工藝,逐步受到關注,并得以廣泛的應用,均獲得了良好的工程實踐效果。對MBR、MBBR+磁混凝(簡稱MBBR路線)兩工藝路線,從提標潛能、工藝占地、與現況工藝契合度、投資、運行成本等方面進行對比,分析兩種技術改造路線的適用場景,為國內污水廠提標改造技術路線選擇提供參考。

1 MBR與MBBR路線概述

MBR,通過膜過濾實現泥水分離,可在生化池內富集更高污泥濃度,強化處理效果;且膜工藝可有效滿足高排放標準對于SS的要求,若生化指標(有機物、TN、TP、氨氮等)達到標準,出水消毒即可排放,屬于集成度較高的工藝。為保護膜組件,對預處理要求嚴格,需設置超細格柵、沉砂池等;動力出水,若進水超過設計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,通過向反應器內投加懸浮載體,強化生化處理效果,可實現原位改造、原位提標;但MBBR屬于生化強化技術,對于SS、TP無法實現最終出水保障,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,強化混凝沉淀效果,保障SS及TP處理效果,能夠與MBBR聯合互補,形成集約型占地的工藝組合。

2 MBR與MBBR路線技術比較

2.1 生物池提標潛能比較

受二沉池運行效果及處理能力的影響,一般生物池設計污泥濃度在3-4g/L,本部分比較按照原生物池設計平均污泥濃度3g/L進行計算,f=0.7,即2.1gVSS/L。由于生物反應受溫度及水質影響較大,不同地區進水水質及溫度存在明顯差異,本部分比較通過能夠增加的最大等效生物量進行比較,不討論其他因素。

MBR膜生物反應器是一種將高效的膜分離技術與傳統活性污泥法相結合的污水處理工藝,它以共同結構浸沒式膜組件置于曝氣池中,經過好氧曝氣與生物處理后的水,由泵經過濾膜過濾后以抽出。它與傳統污水處理方法大的差異在于替代了傳統生化工藝中的二沉池和三級處理工藝。根據膜的形式不同,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,且應用更為廣泛,采用中空纖維膜MBR進行分析。現階段,一般運行良好的MBR生物池,最大污泥濃度為8g/L,f=0.5,即提標后,其最大生物為4gVSS/L,是提標前的1.90倍。

MBBR為泥膜復合工藝,其生物量由兩部分組成,即池內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。當系統加入填料后,生物膜會對活性污泥的處理能力產生一定的影響,按照改造前處理能力的80%計算,取f=0.7,即活性污泥項的等效污泥濃度為1.68g/L;而生物膜等效污泥濃度,按照填料掛膜量12g/m2計算,填料有效比表面積取800m2/m3,填充率為30%(全池計,相當于好氧區HRT占50%且好氧區填充率60%,MBBR最大允許填充率為67%,已有工程中最大為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,提標后,最大生物量是提標前的2.03倍。

經比較可知,從生物量的角度,MBR與MBBR對生物池進行提標的最大能力是基本一致的,有效生物量MBBR略高。MBR可提高運行污泥濃度,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),兩種工藝均可實現處理能力翻倍,不論是從一級B向一級A提標,甚至直接提標至準IV,均能夠滿足處理要求。

2.2 與現況工藝契合度

1)預處理,現階段我國的一般污水廠預處理段采用兩級格柵,即粗格柵和細格柵,對應柵條間距多為15-20mm,6-10mm,由于MBR工藝膜絲較細,為延緩堵塞,要求進水前增加一道1-2mm的精細格柵(膜格柵);而MBBR防止堵塞的機制在于填料和篩網之間水力學的良好設計,而非通過強化進水攔截;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,現況工藝為SBR類工藝時,對于MBR路線,可擴建膜池,實現SBR轉連續流運行;現況工藝為連續流工藝時,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,與兩類工藝均能較好嵌合,且合理利用已有構筑物和工藝。

3)曝氣系統,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進行改造,均需要采用底部曝氣。

4)加藥系統,兩工藝路線對于加藥系統均無明顯影響,磁混凝部分需增加的PAM及磁粉投加系統可設置于磁混凝澄清池上部,無需改變原有加藥系統及新增用地。

5)污泥系統,由于處理能力的提升,剩余污泥量及化學污泥量均有一定程度的提高,兩工藝路線均需對污泥系統進行擴容。根據規范,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%,化學污泥量與MBR工藝基本一致。

綜上,兩工藝路線對于現況工藝的契合度均較高,能夠在最小的改動下實現污水廠的提標。

2.3 工藝占地

對于升級改造,兩種路線均無需擴建生化池,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據比較如表1所示。MBR部分,設計時除了考慮變化系數外,要考慮膜通量下降對于膜組件的補充,設計時一般預留10-20%,同時,盡管膜通量各異,但隨著規模的增大,噸水占地指標將減小,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荷影響,一般可取20-40m3/m2/h,萬噸水占地在60-100m2/萬噸,遠小于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MBBR+磁混凝路線占地更優。

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對于新建,相比于傳統工藝,MBBR或MBR均可將生化池占地縮小50%。但MBBR需要新增沉淀池,考慮周進周出矩形二沉池表面負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。此時需根據占地要求選擇,當占地要求<400m2/萬噸時,MBR工藝可滿足要求,當占地要求≥400m2/萬噸時,優先推薦MBBR+磁混凝路線。

對于原生化池提量,兩種路線均能實現生化池處理能力提升100%。當提量100%、處理能力翻倍時,MBBR路線需擴建一半規模二沉池,新增占地在230-360m2/萬噸,小于MBR路線占地。

當設計出水水質需達到準Ⅳ類水質時,兩路線的核心關鍵差別在于SS。MBR可實現出水SS<5mg/L,而目前尚無磁混凝出水SS穩定達到5mg/L以下的報道,需要在此技術上新增過濾單元。過濾單元可采用高精度纖維轉盤濾池,高精度濾布當量孔徑為5微米,其設計濾速應控制在7m3/m2/h以內,其萬噸水占地在50m2/萬噸以下,噸水投資在50-100元/t,運行費用小于0.05元/t。

具體到工程項目中,因各水廠仍存在具體情況的差異,如現況沉淀池是否需改造或擴建、已有深度處理工藝流程及運行情況等,均可能對兩種路線的占地需求產生影響,選擇時仍需要結合具體項目具體分析。

3 MBR與MBBR路線投資運行比較

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,需要在滿足出水水質要求的情況下,盡量降低投資及運行成本。

MBR投資主要由設備費和土建費用組成,其中,設備費占較大比重,一般在60%以上,伴隨著MBR技術的研發日益成熟,MBR設備費近年來顯著降低,從原來的噸水投資3000元以上,下降到現在的600-1000元,未來有望進一步降低,這也是這幾年國內能夠大規模應用MBR的關鍵;土建費用受污水廠形式(全地下、半地下、地上式)、場地條件影響較大,無法統一衡量,對于地上式污水廠,土建費用一般在設備費用的1/3左右。

因MBBR部分無土建變動,其投資全部為設備費用,受設計水質影響較大,一般噸水投資在200-500元/t;而磁混凝噸水設備投資在150-250元/t,由于工藝負荷較高,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勢。

3.2 運行成本

表1中比較運行成本,僅比較運行成本的差異項,非全部運行成本。無論是采用MBR工藝,還是MBBR工藝,其運行成本主要由以下幾部分組成:藥劑費、電費和易耗品折舊費用(MBR為膜、MBBR為填料)。由于兩種工藝的生物池部分曝氣量、設備功率基本一致,且除磷加藥量相當,因此該部分費用不計入比較。即藥劑費的對比僅對比除磷藥劑外的其他藥劑,電費的對比僅對比MBR工藝設備及磁混凝工藝設備的電度電費,由于全廠變壓器容量不同帶來的基本電費差異不計入比較。

通過對幾個實際污水廠運行數據分析,MBR工藝的噸水電費及噸水折合膜更換費用(按照使用年限5年計算)均在0.2元以上,藥劑費用在0.01元左右,MBR工藝的平均運行成本在0.5元以上;對于MBBR工藝路線,僅計算其填料折舊費用,按照使用年限10年計算,其噸水成本在0.1元以下;而磁混凝工藝的噸水藥劑費用在0.02元左右,噸水電費在0.02元左右,因此,MBBR+磁混凝其總運行費用在0.2元以下。MBBR+磁混凝工藝路線在運行費用上較MBR工藝具有較大的優勢。


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