膜生物反应器的技术经济分析

1、.：.；膜生物反响器的技术经济分析提要:膜生物反响器(MBR)是经过膜分别技术强化 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水生物处置的新技术。综述了该技术在我国的运用现状；并对MBR进展初步的技术经济 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析。研讨结果阐明：影响膜生物反响器运转费用的关键要素为膜通量和运用寿命。 关键词:膜生物反响器 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水处置 膜技术 膜通量 膜寿命膜生物反响器(MBR)是一种由膜分别单元与生物处置单元相结

2、合的新型水处置技术，与传统的生化处置技术相比，MBR具有以下主要特点：处置效率高、出水水质好； HYPERLINK epb2b t _blank 设备紧凑、占地面积小；易实现自动控制、运转管理简单。80年代以来，该技术愈来愈遭到注重，成为水处置技术研讨的一个热点。目前，膜生物反响器已运用于美国、德国、法国、日本和埃及等十多个国家，处置规模在613000 m3/d。MBR在我国的运用现状近两年来，膜生物反响器在国内已进入了适用化阶段。MBR系统的处置对象从生活 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水扩展到高浓度有机废水和难降解工业废水，如制药废水、

3、化工废水、食品废水、屠宰废水、烟草废水、豆制品废水、粪便 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水、黄泔 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水等。从目前的趋势看，中水回用将是MBR在我国推行运用的主要方向。表1列举了MBR在我国的运用实例及处置效果。这些运用实例阐明：MBR对生活 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水、高浓度有机废水与难降解工业废水的处置效果良好。 MBR在中水回用中的经济 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?

4、boardid=31 分析根据 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水水量、水质及处置难易程度的不同，MBR处置工业废水的一次性投资通常在4000 10000 元/m3，运用于中水回用系统的MBR(规模为10500 m3/d)的一次性投资为25005000 元/m3，处置规模越大，单位处置 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水量的一次性投资越低。本文以处置规模为240 m3/d的回用系统做一初步的技术经济 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析。2.

5、1不同MBR系统的费用 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析 采取费用比较法进展3类MBR系统的经济 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析，它包括两部分：MBR系统的工程建立费用及运转费用。 工程建立费用=基建费用(建筑工程费+ HYPERLINK epb2b t _blank 设备购置及安装费+不可预见工程费)+膜的购置费用。 运转费用= HYPERLINK epb2b t _blank 设备折旧费用(以10年计)+膜改换费用+动力费用+其他费用(人员工资+维修清洗费 )。表1 MBR在我国的

6、运用实例24污废水种类处置才干(m3/d)COD(mg/L)BOD(mg/L)NH3-N(mg/L)SS(mg/L)进水出水进水出水进水出水进水出水洗浴 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水10 130322 409921250.5910.20.415500 印染废水11100150018050040黄泔废水1790012000 1006805 10130180 547505470 10 医院 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水25482782520 0.410241制药废水501500490

7、018050016331029735415430103310 大楼 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水20092108 232732 839473.5 食品废水500754803类MBR系统的建筑工程费和运转费用分别见表2，表3(技术设计费用均未思索)。 从表2，表3可以看出：(1)3类MBR系统的一次性投资费用大小依次为：无机膜MBR一体式MBR分别式MBR；(2)运转费用大小依次为：无机膜MBR分别式MBR一体式MBR； 表2不同MBR系统的建筑工程费用工程无机膜MBR一体式MBR分别式MBR进口国产进口国产国产基建费用(万元)35353

8、23235膜通量(L/(m2h)15015010.48.333.3膜面积(m2)67679601200300膜价钱(元/m2)100004000450 150300膜投资(万元)672743189总投资(万元)10262755044膜费用所占比例(%)65.743.557.33620.5表3 不同MBR系统的运转费用工程无机膜MBR一体式MBR分别式MBR进口国产进口国产国产 HYPERLINK epb2b t _blank 设备折旧本钱(元/m3)0.40.40.360.360.4膜的运用寿命(a)1010422膜的改换费用(元/m3)0.760.31.251.00.5电耗(kWh/m3)5

9、 5 0.80.83动力费用(元/m3) 2.5 2.5 0.4 0.4 1.5其他费用(元/m3)0.150.150.150.150.15总费用(元/m3)3.83.352.161.912.55膜的改换费用比(%)20 9585220动力费用比(%)39.544.8211959注：处置规模240 m3/d。电费按0.5元/(kWh)计。3)影响MBR系统运转费用的主要要素是动力费用与膜的改换费用。膜的改换费用是影响一体式MBR系统运转费用的关键要素；而动力费用是影响分别式MBR系统运转费用的关键要素。在3种MBR系统的建筑工程费用中，一体式MBR与分别式MBR的一次性投资根本相当，而一体式

10、MBR的运转费用为分别式MBR的75%。我国是缺水国家，北方地域缺水更为严重，许多城市不得不采取限量供水和超量用水加倍收费等措施。因此，中水回用对于合理用水和节约水资源势在必行。以北京市2000年供水价钱为例，居民生活用水价钱为1.8元/m3；宾馆、洗车、洗浴等行业供水价钱为3.05.0元/m3。一体式膜生物反响器总运转本钱为1.9元/m3 ，用于中水回器具有明显的竞争优势。同时可节省水资源，具有环境效益和经济效益。 2.2影响MBR技术经济评价的相关要素 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析目前，对MBR系统的技术经济 HYPERLINK c

11、njlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析的结论存在较大的差别。主要是由于在MBR系统设计中，对膜的处置才干(膜通量)与膜运用寿命的估计存在很大的差别，直接影响对膜生物反响器的经济评价。在表2中，一体式MBR(国产膜)膜通量设定为8.33 L/(m2h)，膜的运用寿命为2a，膜价钱为150元/m2。下文仅讨论膜通量、膜的运用寿命及膜价钱的单要素变化对一体式膜生物反响器运转费用的影响，统计结果见图1，图2和图3。 图1膜通量对运转费用的影响图2膜运用寿命对运转费用的影响图3膜价钱对运转费用的影响从图1图3可以得出：膜通量的提高、膜寿命的延伸、膜价钱的降低中任何单一要素的研讨

12、进展均会大幅度降低MBR的运转费用。随着膜制造技术的提高，膜质量的提高和膜制造本钱的降低，MBR的投资与运转费用也会随之大幅度降低。如聚乙烯中空纤维膜等新型膜资料的开发已使其本钱有很大降低。据估算，膜还有相当大的降价空间，在未来的35 a内，随着膜资料的改良和消费规模的扩展，膜价钱有望降为目前的40%60%。随着膜性能的提高、运用寿命的延伸与膜价钱的降低，MBR的运转费用有望降低到1.0元/m3左右。 3影响MBR运用的关键课题研讨由于膜通量的提高、膜寿命的延伸会大幅度降低MBR的运转费用，因此，在保证出水水质的前提下，膜通量应尽能够大，这样可减少膜的运用面积，降低基建费用与运转费用。因此控制

13、膜污染，坚持较高的膜通量，是MBR研讨的重要内容。而膜通量与膜资料、操作方式、水力条件等要素亲密相关。 3.1膜的选择现有膜可分为有机膜和无机膜两种。由于较高的投资本钱限制了无机膜生物反响器在我国的广泛运用，国内MBR系统普遍采用有机膜。常用的膜资料为聚乙烯、聚丙烯等。分别式MBR通常采用超滤膜组件，截留分子量普通在230万。截留分子量越大，初始膜通量越大，但长期运转膜通量未必越大。张洪宇进展无机膜的通量衰减实验阐明：孔径0.2m的膜比0.8 m的膜更适宜于MBR5。何义亮用PES平板膜组件进展膜通量衰减规律的研讨发现6：在该实验条件下，膜初始通量衰减主要是由于浓差极化引起，膜截留分子量愈小，

14、通量衰减率愈大；膜长期运转的通量衰减主要是由于膜污染引起，膜截留分子量愈大，通量衰减幅度愈大，化学清洗恢复率愈低。对于淹没式MBR，既可用超滤膜，也可运用微滤膜。由于膜外表的凝胶层也起到了过滤作用，在处置生活 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=26 污水时，微滤膜与超滤膜的出水水质没有明显差别，因此淹没式MBR多采用0.10.4 m微滤膜。 3.2操作方式的优化当膜资料选定后，其物化性质也就根本确定了，操作方式就成为影响膜污染的主要要素。为了减缓膜污染，反冲洗是维持分别式MBR稳定运转的重要操作，樊耀波经过确定最正确反冲洗周期7，使分别式MBR的膜通量

15、到达60 L/(m2h)。针对抽吸淹没式MBR，山本提出间歇式抽吸方式可有效减缓膜污染。桂萍经过研讨进一步指出：缩短抽吸时间或延伸停吸时间和添加曝气量均有利于减缓膜污染，抽吸时间对膜阻力的上升影响最大，曝气量其次8。不仅污泥浓度、混合液粘度等影响膜通量，混合液本身的过滤性能，如活性污泥性状，生物相也影响膜通量的衰减9。有研讨阐明：粉末活性炭与絮凝剂的参与有助于改善泥水分别性能，构成体积更大、粘性更小的污泥絮体，减少了膜堵塞的时机。但絮凝剂的过量参与会使污泥活性遭到抑制，影响反响器的处置才干和处置效果5。 3.3水力学特性的改善改善膜面附近料液的流膂力学条件，如提高流体的膜面流速，减少浓差极化，

16、使被截留的溶质及时被带走，能有效降低膜的污染，坚持较高的膜通量。黄霞、何义亮分别采用PAN平板式超滤膜、PAN/PS管式膜组件调查不同膜面循环流速下污泥浓度对膜通量的影响，发现MLSS 对膜通量的影响程度与膜面循环流速有关1011。大量实验阐明：污泥过膜流态为层流，远比紊流时易于堵塞，因此从实际上确定不同污泥浓度下紊流发生的最小膜面流速(Vmin)有重要意义。邢传宏、彭跃莲研讨均发现：最小膜面流速与污泥浓度之间呈良好的线性关系1213。但他们对临界膜面流速的计算值能够偏高，由于污泥沿流道流动的过程中，水同时透过膜流出，添加了流体在垂直方向的紊动，从而在一定程度上降低了下临界雷诺数(Rek)。何

17、义亮的发现证明了这一推论，平板膜组件由紊流到层流的Rek为1083，外压管式膜组件的 Rek为966，均小于普通牛顿流体的下临界雷诺数200011。分别式MBR中，普通采用错流过滤的方式，这有助于防止膜面堆积污染。对于一体式MBR，设计合理的流道构造，提高膜间液体上升流速，使较大的曝气量起到冲刷膜外表的错流过滤效果显得尤为重要。刘锐经过均匀设计实验，得到适宜活性污泥流体的膜间液体上升模型，提出反响器构造对液体上升流速的影响：在同样的曝气强度下，反响器越高，上升流通道越窄，下降流通道与底部通道越宽，那么越能获得较大的膜间错流流速15。 能耗能耗是 HYPERLINK cnjlc/bbs/inde

18、x.asp?boardid=26 污水处置工艺的一个重要的评价目的，直接关系四处置方法的可行性。目前，常规分别式MBR运转能耗为34 kWh/m3，淹没式MBR运转能耗为0.62 kWh/m3，高于活性污泥法的0.30.4 kWh/m3。较高的动力费用是MBR推行运用中遇到的主要问题之一。许多研讨结果也阐明：能耗是呵斥MBR运转费用高的主要缘由。张绍园 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析了分别式MBR的能耗组成：泵的热能损失、曝气能耗、管道阻力能耗、膜组件能耗和回流污泥水头损失能耗，其耗能大小依次为：膜组件泵曝气管道回流污泥，膜组件能耗占总能耗的40%50%，其中 80%用于膜过滤的能量以热能的方式分发14。顾平对抽吸淹没式MBR的能耗 HYPERLINK cnjlc/bbs/index.asp?boardid=31 分析阐明：曝气的能耗占总能耗的96%以上17。通常研讨者都以为能耗的降低与膜污染的控制是MBR研讨领域两个独立的课题，而张绍园、郑祥采用穿流式、错流式膜组件进展分别式MBR研讨发现：能耗随运转时间的延伸、膜污染的添加呈上升趋势，从运转