大家好,我今天下午介紹的主題是基于膜法的污水廠升級(jí)改造方案,主要跟大家分享兩個(gè)技術(shù):第一個(gè)是MABR技術(shù),第二個(gè)是MBR技術(shù)以及升級(jí)版的MACmbr技術(shù)。首先從能量平衡角度而言,污水處理廠可以看如何實(shí)現(xiàn)整體全廠能量平衡自給自足,這是典型能量平衡的污水處理廠四個(gè)單元,預(yù)處理采用LEAPprimary可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的初沉池和超細(xì)格柵(1mm膜格柵),通過(guò)物化方式將有機(jī)物和懸浮物進(jìn)行一定去除,以減輕后續(xù)生化處理的負(fù)荷以及更有效地保護(hù)膜系統(tǒng)。關(guān)于生化處理有低能耗MBR技術(shù)和強(qiáng)化去除營(yíng)養(yǎng)物的MABR技術(shù)。污泥處置可采用Monsal高級(jí)厭氧消化技術(shù),不同于目前市場(chǎng)常見(jiàn)的熱水解的厭氧硝化技術(shù),我們的技術(shù)是生物酶水解的中溫厭氧硝化技術(shù)。最后一個(gè)單元就是高效沼氣發(fā)電,利用厭氧消化產(chǎn)生的甲烷發(fā)電實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)和能量回收。
接下來(lái)看MABR。MABR英文全稱是Membrane Aerated Biofilm Reactor,直接翻譯很多人會(huì)理解成“膜曝氣生物膜反應(yīng)器”,但我們認(rèn)為這并不能完全表達(dá)這個(gè)技術(shù)本身,所以我們把MABR稱為“膜傳氧生物膜反應(yīng)器”。為什么這樣說(shuō)呢?我們的MABR產(chǎn)品的商標(biāo)是ZeeLung,英文Lung是肺的意思,意味著我們用膜來(lái)進(jìn)行傳氧。這實(shí)際上是用高效的氧氣擴(kuò)散膜來(lái)實(shí)現(xiàn)氧的傳遞,即是一個(gè)無(wú)泡曝氣過(guò)程。通過(guò)中空纖維膜傳氧,然后在中空纖維膜上再長(zhǎng)生物膜實(shí)現(xiàn)好氧生物處理。這與傳統(tǒng)的生物膜工藝是完全不同的:左邊傳統(tǒng)生物膜介質(zhì)上面長(zhǎng)生物膜。氧氣和水中有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從外進(jìn)入到生物膜,從而存在異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題,整個(gè)生物膜單元是好氧環(huán)境。而在MABR工藝的生物膜中,氧氣和水中有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是對(duì)向傳質(zhì)的,所以MABR的生物膜實(shí)際是一個(gè)硝化生物膜,即異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌不會(huì)產(chǎn)生沖突,這樣比較容易在整個(gè)生物膜界面上更好地進(jìn)行硝化,而在外面混合液中進(jìn)行反硝化,實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化。這實(shí)際上是兩種不同意義上的生物膜工藝技術(shù)。
MABR技術(shù)可與現(xiàn)有的活性污泥法技術(shù)相結(jié)合,我們可以把ZeeLung* MABR膜箱直接放在現(xiàn)有生化池缺氧池里面。如果沒(méi)有缺氧池,可在好氧池前端加一隔斷改造成缺氧池。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)在這個(gè)ZeeLung膜上是好氧硝化反應(yīng),而外部缺氧池內(nèi)部是反硝化反應(yīng),即同步消化反硝化,可減小硝化液內(nèi)回流比例。
關(guān)于充氧動(dòng)力效率,ZeeLung也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的表曝和微孔曝氣,典型ZeeLung可以做到微孔曝氣的四倍效果。同時(shí)由于ZeeLung的傳氧是從膜孔直接到生物膜界面,不存在傳統(tǒng)意義上的清水/污泥曝氣效率問(wèn)題.整體來(lái)說(shuō)ZeeLung理論效率可以是百分之百,所以基于這一點(diǎn)可以獲得高效的氧氣利用率,換句話說(shuō)也就是降低了整體的運(yùn)行電耗。針對(duì)A2O工藝來(lái)說(shuō),我們只需要將ZeeLung放在缺氧池,強(qiáng)化硝化和反硝化作用,后續(xù)的好氧生化池容積將會(huì)有30%到50%的處理水量余量。所以在現(xiàn)有占地不需要增加和傳統(tǒng)二沉池的回流比保持不變的條件下,通過(guò)MABR可以提高水質(zhì)同時(shí)提高水量。
拿一個(gè)實(shí)際的案子來(lái)分享:這個(gè)案子原來(lái)只有好氧池,但是需要增加30%的處理水量,同時(shí)需要去除總氮。對(duì)于傳統(tǒng)活性污泥法(AO)工藝而言,需要新建第四個(gè)生化池,同時(shí)做缺氧/好氧功能分區(qū),增加鼓風(fēng)機(jī)和微孔曝氣頭。而大家熟悉的MBBR或IFAS技術(shù),需要投加填料,同時(shí)將微孔曝氣頭更換為中孔曝氣頭,且新增鼓風(fēng)機(jī)滿足曝氣要求,整體處理能耗增加。如果采用MABR技術(shù)將會(huì)更簡(jiǎn)單些,只需要在現(xiàn)有生化池前端安裝ZeeLung*膜箱,不用增加額外風(fēng)機(jī),即可提高水量和水質(zhì)。
分享一個(gè)實(shí)際工程,這個(gè)項(xiàng)目一期先用了GE的MBR技術(shù)升級(jí)了現(xiàn)有的一半活性污泥法系統(tǒng),處理規(guī)模為8000噸/天。剩下一半傳統(tǒng)活性污泥法只有好氧,但是全廠總氮要做到65%去除,怎么辦?考慮到全廠的能耗節(jié)省,后來(lái)選擇采用MABR技術(shù),剩下一半升級(jí)成AO工藝。最后MBR跟MABR出水勾兌實(shí)現(xiàn)全廠65%的總氮去除。
ZeeLung*膜傳氧生物膜反應(yīng)器,針對(duì)升級(jí)改造而言有它獨(dú)特的地方,在不增加占地情況下提高水質(zhì)和處理規(guī)模,同時(shí)降低能耗。相對(duì)目前市面上一些典型升級(jí)改造技術(shù)有它的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。希望通過(guò)這個(gè)介紹給大家升級(jí)改造提供新的思路和工藝選擇。
接下來(lái)我們談?wù)?/span>MBR。作為全球MBR技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者,截止2015年底累計(jì)MBR水量超過(guò)1200萬(wàn)噸/天。同時(shí)我們持續(xù)創(chuàng)新,尤其在降低能耗和強(qiáng)化MBR處理性能上,例如2011年推出的LEAPmbr技術(shù),采用獨(dú)特脈沖膜擦洗技術(shù),在能耗上比我們的序批式膜擦洗技術(shù)可以節(jié)省30%,典型LEAPmbr膜系統(tǒng)能耗可以做到噸水0.06度電,可以說(shuō)是MBR行業(yè)內(nèi)最低能耗的MBR膜系統(tǒng)。
談到污水廠升級(jí)改造,我們可以用MBR升級(jí)改造現(xiàn)有的傳統(tǒng)二沉池,例如瑞典斯德哥爾摩的Henriksdal污水廠(86.5萬(wàn)噸/天),也可以新建膜池而改造現(xiàn)有生化池功能分區(qū),例如深圳羅芳污水廠40萬(wàn)噸/天升級(jí)改造項(xiàng)目(將25萬(wàn)噸氧化溝升級(jí)成40萬(wàn)噸MBR)。
接下來(lái)想談一下超凈排放或回用的升級(jí)改造。典型MBR本身可以說(shuō)把生化處理發(fā)揮到極致,對(duì)于市政污水廠而言做到準(zhǔn)IV類(總氮小于10mg/l)不是問(wèn)題。但是要進(jìn)一步把COD、總氮和總磷降到更高標(biāo)準(zhǔn)(準(zhǔn)III或準(zhǔn)II):COD<15-20mg/l、TN<3-5mg/l、TP<0.1-0.2mg/l,那么需要采用強(qiáng)化脫氮除磷(ENR)的MBR工藝。尤其是針對(duì)難降解COD,雖然也有采用MBR+RO或臭氧/BAC等工藝,但存在投資/運(yùn)行成本高,且RO濃水處置問(wèn)題。所以我推薦一種強(qiáng)化COD去除的MACmbr技術(shù),其原理就是在我們的MBR生化池中投加專利MAC(Membrane Accommodating Carrier)載體,這種載體具有巨大的微生物友好型表面積,能快速形成大量高密度、強(qiáng)活性、耐毒性的生物膜,通過(guò)吸附并富集生化池中殘余的難降解有機(jī)組分再進(jìn)行生物降解而使MAC載體表面再生,這樣不斷進(jìn)行吸附、預(yù)富集和降解的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化COD的去除。
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這種短流程工藝,實(shí)現(xiàn)MAC載體與MBR的完美耦合,實(shí)現(xiàn)1+1+1>3。MACmbr關(guān)鍵在于GE MBR采用的獨(dú)特的MAC載體特性、加強(qiáng)型ZeeWeed超濾膜、專利的曝氣及清洗工藝,在投加MAC載體的同時(shí),不犧牲MBR通量和壽命等性能。相比其他的競(jìng)爭(zhēng)工藝,在固定投資和運(yùn)營(yíng)成本上都更有優(yōu)勢(shì)。在典型ZeeWeed MBR系統(tǒng)上增加MAC投加系統(tǒng),系統(tǒng)生化調(diào)試時(shí)投加設(shè)定的劑量,在后續(xù)的運(yùn)行中會(huì)根據(jù)污泥齡(SRT)和來(lái)水COD 的波動(dòng)來(lái)調(diào)整補(bǔ)充的MAC投加量。在典型市政MBR系統(tǒng)中, MBR出水COD會(huì)小于30mg/l,且基本在20-30波動(dòng),所以要達(dá)到準(zhǔn)III類或準(zhǔn)II類水質(zhì)要求,MAC的日常投加量將是一個(gè)靈活的操作值,這有利于運(yùn)行成本的最小化。而對(duì)于含有工業(yè)廢水的城鎮(zhèn)污水廠,要達(dá)到I級(jí)A或準(zhǔn)IV類水質(zhì)要求,也可采用MACmbr實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
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隨著水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)管理和水生態(tài)文明建設(shè)的推行和區(qū)域水環(huán)境改善的迫切需求,如何實(shí)現(xiàn)在能量平衡下的超凈排放工藝和技術(shù),尤其是膜法解決方案:MABR、MBR和MACmbr需要進(jìn)行全面思考。根據(jù)對(duì)ZeeLung*膜傳氧生物膜反應(yīng)器和強(qiáng)化有機(jī)物去除的MACmbr技術(shù)的剖析,我提出以下污水廠升級(jí)改造的工藝組合和優(yōu)化方向考慮與建議:
- 全流程下的節(jié)能降耗和能量回收
- 全流程下的污染物協(xié)同去除效應(yīng)
- 對(duì)水溫波動(dòng)/占地局限性的適應(yīng)性
- 設(shè)計(jì)負(fù)荷和實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷的不同
- 對(duì)難降解有機(jī)物的強(qiáng)化去除(特別是含有工業(yè)廢水)
- 對(duì)營(yíng)養(yǎng)物(TN/TP)的高效ENR去除
- 系統(tǒng)生命周期成本的最小化
對(duì)于“膜”法生物處理,我們可以選擇MBR或者生物膜工藝。結(jié)合具體的污水廠升級(jí)改造實(shí)際情況,強(qiáng)化脫氮除磷的MACmbr和簡(jiǎn)單低能耗的ZeeLung*MABR將是適用于不同需求的最佳工藝選擇。