膜生物反應器作為中水回用技術(shù)將會(huì )愈來(lái)愈具有經(jīng)濟、技術(shù)上的競爭優(yōu)勢。預計中水回用將是MBR在我國推廣應用的主要方向。目前我國膜生物反應器在中水回用中的應用實(shí)例尚少，需結合我國的經(jīng)濟發(fā)展水平和MBR工藝的特點(diǎn)，進(jìn)一步加強研究以推動(dòng)其工程化應用的進(jìn)程。
膜生物反應器(MBR)是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理技術(shù)，與傳統的生化處理技術(shù)相比，MBR具有以下主要特點(diǎn)：處理效率高、出水 水質(zhì)好；設備緊湊、占地面積??；易實(shí)現自動(dòng)控制、運行管理簡(jiǎn)單。80年代以來(lái)，該技術(shù)愈來(lái)愈受到重視，成為水處理技術(shù)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。目前，膜生物反應器 已應用于美國、德國、法國、日本和埃及等十多個(gè)國家，處理規模在6～13000m3/d。
1MBR在我國的應用現狀
近兩年來(lái)，膜生物反應器在國內已進(jìn)入了實(shí)用化階段。MBR系統的處理對象從生活污水擴展到高濃度有機廢水和難降解工業(yè)廢水，如制藥廢水、化工廢水、食品廢 水、屠宰廢水、煙草廢水、豆制品廢水、糞便污水、黃泔污水等。從目前的趨勢看，中水回用將是MBR在我國推廣應用的主要方向。表1列舉了MBR在我國的應 用實(shí)例及處理效果。這些應用實(shí)例表明：MBR對生活污水、高濃度有機廢水與難降解工業(yè)廢水的處理效果良好。
2MBR在中水回用中的經(jīng)濟分析
根據污水水量、水質(zhì)及處理難易程度的不同，MBR處理工業(yè)廢水的一次性投資通常在4000～10000元/m3，應用于中水回用系統的MBR(規模為 10～500m3/d)的一次性投資為2500～5000元/m3，處理規模越大，單位處理污水量的一次性投資越低。本文以處理規模為240m3/d的回 用系統做一初步的技術(shù)經(jīng)濟分析。
2.1不同MBR系統的費用分析
采取費用比較法進(jìn)行3類(lèi)MBR系統的經(jīng)濟分析，它包括兩部分：MBR系統的工程建設費用及運行費用。
工程建設費用=基建費用(建筑工程費+設備購置及安裝費+不可預見(jiàn)工程費)+膜的購置費用。運行費用=設備折舊費用(以10a計)+膜更換費用+動(dòng)力費 用+其他費用(人員工資+維修清洗費)。3類(lèi)MBR系統的建筑工程費和運行費用分別見(jiàn)表2，表3(技術(shù)設計費用均未考慮)。從表2，表3可以看出： (1)3類(lèi)MBR系統的一次性投資費用大小依次為：無(wú)機膜MBR＞一體式MBR＞分離式MBR；(2)運行費用大小依次為：無(wú)機膜MBR＞分離式MBR＞ 一體式MBR；
(3)影響MBR系統運行費用的主要因素是動(dòng)力費用與膜的更換費用。膜的更換費用是影響一體式MBR系統運行費用的關(guān)鍵因素；而動(dòng)力費用是影響分離式 MBR系統運行費用的關(guān)鍵因素。在3種MBR系統的建筑工程費用中，一體式MBR與分離式MBR的一次性投資基本相當，而一體式MBR的運行費用為分離式 MBR的75%。我國是缺水國家，北方地區缺水更為嚴重，許多城市不得不采取限量供水和超量用水加倍收費等措施。因此，中水回用對于合理用水和節約水資源 勢在必行。以北京市2000年供水價(jià)格為例，居民生活用水價(jià)格為1.8元/m3；賓館、洗車(chē)、洗浴等行業(yè)供水價(jià)格為3.0～5.0元/m3。一體式膜生物 反應器總運行成本為1.9元/m3，用于中水回用具有明顯的競爭優(yōu)勢。同時(shí)可節省水資源，具有環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技 術(shù)文檔。
2.2影響MBR技術(shù)經(jīng)濟評價(jià)的相關(guān)因素分析目前，對MBR系統的技術(shù)經(jīng)濟分析的結論存在較大的差別。主要是由于在MBR系統設計中，對膜的處理能力(膜 通量)與膜使用壽命的估計存在很大的差別，直接影響對膜生物反應器的經(jīng)濟評價(jià)。在表2中，一體式MBR(國產(chǎn)膜)膜通量設定為8.33L/(m2·h)， 膜的使用壽命為2a，膜價(jià)格為150元/m2。下文僅討論膜通量、膜的使用壽命及膜價(jià)格的單因素變化對一體式膜生物反應器運行費用的影響，統計結果見(jiàn)圖 1，圖2和圖3。
從圖1～圖3可以得出：膜通量的提高、膜壽命的延長(cháng)、膜價(jià)格的降低中任何單一因素的研究進(jìn)展均會(huì )大幅度降低MBR的運行費用。隨著(zhù)膜制造技術(shù)的進(jìn)步，膜質(zhì) 量的提高和膜制造成本的降低，MBR的投資與運行費用也會(huì )隨之大幅度降低。如聚乙烯中空纖維膜等新型膜材料的開(kāi)發(fā)已使其成本有很大降低。據估算，膜還有相 當大的降價(jià)空間，在未來(lái)的3～5a內，隨著(zhù)膜材料的改進(jìn)和生產(chǎn)規模的擴大，膜價(jià)格有望降為目前的40%～60%。隨著(zhù)膜性能的提高、使用壽命的延長(cháng)與膜價(jià) 格的降低，MBR的運行費用有望降低到1.0元/m3左右。
3影響MBR應用的關(guān)鍵課題研究
由于膜通量的提高、膜壽命的延長(cháng)會(huì )大幅度降低MBR的運行費用，因此，在保證出水水質(zhì)的前提下，膜通量應盡可能大，這樣可減少膜的使用面積，降低基建費用 與運行費用。因此控制膜污染，保持較高的膜通量，是MBR研究的重要內容。而膜通量與膜材料、操作方式、水力條件等因素密切相關(guān)。
3.1膜的選擇
現有膜可分為有機膜和無(wú)機膜兩種。由于較高的投資成本限制了無(wú)機膜生物反應器在我國的廣泛應用，國內MBR系統普遍采用有機膜。常用的膜材料為聚乙烯、聚 丙烯等。分離式MBR通常采用超濾膜組件，截留分子量一般在2～30萬(wàn)。截留分子量越大，初始膜通量越大，但長(cháng)期運行膜通量未必越大。張洪宇進(jìn)行無(wú)機膜的 通量衰減試驗表明：孔徑0.2μm的膜比0.8μm的膜更適合于MBR。何義亮用PES平板膜組件進(jìn)行膜通量衰減規律的研究發(fā)現：在該試驗條件下，膜初始 通量衰減主要是由于濃差極化引起，膜截留分子量愈小，通量衰減率愈大；膜長(cháng)期運行的通量衰減主要是由于膜污染引起，膜截留分子量愈大，通量衰減幅度愈大， 化學(xué)清洗恢復率愈低。對于淹沒(méi)式MBR，既可用超濾膜，也可使用微濾膜。由于膜表面的凝膠層也起到了過(guò)濾作用，在處理生活污水時(shí)，微濾膜與超濾膜的出水水 質(zhì)沒(méi)有明顯差別，因此淹沒(méi)式MBR多采用0.1～0.4μm微濾膜。
3.2操作方式的優(yōu)化
當膜材料選定后，其物化性質(zhì)也就基本確定了，操作方式就成為影響膜污染的主要因素。為了減緩膜污染，反沖洗是維持分離式MBR穩定運行的重要操作，樊耀波 通過(guò)確定最佳反沖洗周期，使分離式MBR的膜通量達到60L/(m2·h)。針對抽吸淹沒(méi)式MBR，山本提出間歇式抽吸方式可有效減緩膜污染。桂萍通過(guò)研 究進(jìn)一步指出：縮短抽吸時(shí)間或延長(cháng)停吸時(shí)間和增加曝氣量均有利于減緩膜污染，抽吸時(shí)間對膜阻力的上升影響最大，曝氣量其次。
不僅污泥濃度、混合液粘度等影響膜通量，混合液本身的過(guò)濾性能，如活性污泥性狀，生物相也影響膜通量的衰減。有研究表明：粉末活性炭與絮凝劑的加入有助于 改善泥水分離性能，形成體積更大、粘性更小的污泥絮體，減少了膜堵塞的機會(huì )。但絮凝劑的過(guò)量加入會(huì )使污泥活性受到抑制，影響反應器的處理能力和處理效果。
3.3水力學(xué)特性的改善
改善膜面附近料液的流體力學(xué)條件，如提高流體的膜面流速，減少濃差極化，使被截留的溶質(zhì)及時(shí)被帶走，能有效降低膜的污染，保持較高的膜通量。黃霞、何義亮 分別采用PAN平板式超濾膜、PAN/PS管式膜組件考察不同膜面循環(huán)流速下污泥濃度對膜通量的影響，發(fā)現MLSS對膜通量的影響程度與膜面循環(huán)流速有 關(guān)。大量試驗表明：污泥過(guò)膜流態(tài)為層流，遠比紊流時(shí)易于堵塞，因此從理論上確定不同污泥濃度下紊流發(fā)生的最小膜面流速(Vmin)有重要意義。邢傳宏、彭 躍蓮研究均發(fā)現：最小膜面流速與污泥濃度之間呈良好的線(xiàn)性關(guān)系。但他們對臨界膜面流速的計算值可能偏高，因為污泥沿流道流動(dòng)的過(guò)程中，水同時(shí)透過(guò)膜流出， 增加了流體在垂直方向的紊動(dòng)，從而在一定程度上降低了下臨界雷諾數(Rek)。
