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膜法水处理技术MembraneTechnologyinwaterandwastewatertreatment第六章膜生物反应器的应用发展概况6.1国内外MBR研究和发展的现状及趋势6.2国内外各MBR设计制造企业概况MembraneBioreactorProcess&Technology6.1国内外MBR研究和发展的现状及趋势根据国内外对MBR市场发展的分析,当前MBR市场正在加速成长,而且这种成长趋势预期会持续10年以上。MBR市场的发展速度快于污水深度处理设备,也快于其他形式的膜法水处理系统。在欧洲,2002年包括工业和城市污水处理的MBR市场规模为3280万欧元，2004年则己达到5700万欧元。目前欧洲MBR的市场主要集中于德国、意大利、英国、爱尔兰、法国、比利时及荷兰等。MembraneBioreactorProcess&Technology3.1.1MBR中运行参数—生化单元控制参数及指标MembraneBioreactorProcess&Technology目前,全世界投入运行或在建的MBR系统已超过2500套。已投入运行的规模最大的MBR污水处理工程是位于德国卡尔斯特市的Nordkanal污水处理厂,设计平均流量为4.5×104m3/d(峰值流量为5×104m3/d)。在建规模最大的是美国Brightwater污水处理厂,设计平均流量为1l.7×104m3/d,峰值流量为14.4×104m3/d。MembraneBioreactorProcess&Technology20世纪90年代初期,欧洲开始采用MBR处理工业废水,而城市污水的处理则于1996年开始启动。在2002年-2005年间,欧洲各国应用MBR处理污水的工程以每年90个以上的数量增加,其中MBR用于工业废水处理的有50个以上,用于城市污水处理的MBR系统有20个以上。2004-2006年间，美国MBR市场的发展速度明显高于其他水工业处理系统。东亚地区也是MBR极为重要的市场,中国、日本和韩国均有大量的MBR工程应用。我国目前已有多个正在运行和建设中的规模≥1×104m3/d的MBR工程项目,如北京密云再生水厂(4.5×104m3/d)、北小河再生水厂(6×104m3/d)、内蒙古金桥污水处理(3.1×104m3/d)、天津的空港物流加工区再生水厂(3×104m3/d)。MembraneBioreactorProcess&Technology目前市场上已经商业化的系统中,大部分为浸没式MBR。就膜组件来说,主要有中空纤维、平板和管式三种。中空纤维膜组件的主要供应商有三菱丽阳(MitsubishiRayon)、通用泽能(GEZenon)、西门子(Simemens)的Memcor等;平板膜组件的主要供应商有久保田(Kubota)、东丽(Toray)和琥珀(Huber)等;管式膜组件的主要供应商有诺芮特Norit-Flow等。MBR广泛的应用前景和迅速发展的势头,使得越来越多的研究机构和公司参与进来,大量的科研成果和工程案例提供的理论和经验使得MBR处理系统的可靠性进一步得到提高。随着污水排放标准的日益提高、MBR投资/运行费用的逐渐降低,以及对MBR技术信心的不断增强,未来的MBR市场具有更强劲、更广泛的增长潜力。因此,MBR工艺将变得更具竞争力,在全球的应用将会更加广泛,市场份额将会持续增加。MembraneBioreactorProcess&Technology6.2国内外各MBR设计制造企业概况⒍⒉I通用水务(GEWATER)GE水处理及工艺过程处理公司是GE基础设施集团的子公司,是世界领先的水净化和流体处理公司。其产品从膜元件、滤芯、膜处理整机、家用饮用水系统、仪表到水处理药剂等。GE水处理及工艺过程处理公司由GEBetz、GEOsmonics,GEIonics和GEZenon合并而成,是全球最大的海水淡化、工业废水处理、中水回用、纯水处理、循环水处理、锅炉水处理以及工艺生产过程处理供应商。2006年3月,GE旗下的水和工艺技术分部收购ZENON公司的股份。ZENON公司是世界上广泛利用先进膜技术进行城市和工业水净化、废水处理、和水回用应用的领头羊。MembraneBioreactorProcess&Technology在MBR方面,GEZenon采用超滤为基础的膜法处理技术,将市政或工业废水处理到了接近饮用水的水质标准。同时,也提高了废水循环的回用效率,减轻了水资源的短缺不足。在利用MBR系统处理工业废水、城市废水、土地开发废水和船舶废水方面,GEZenon具有25年多的经验。基于ZeeWeedMBR,可确保排放的废水标准优于世界上最严格的废水处理标准。一个基本超滤膜列包括一个生物反应器、膜池、透过液泵、鼓风机和自动控制设备。并可根据处理规模进行扩建,工艺模块化程度高。MembraneBioreactorProcess&Technology(1)ZeeWeed的膜组件ZeeWeed500主要是针对污水处理设计的,采用浸没式纤维垂直排布,具有强化的纤维结构ZeeWeed500的突出特点,因此更适合于应用在水力环境和水质状况更为恶劣的废水处理中。强化结构带来的好处有:抗疲劳能力更强;可加压反洗;有一定的“自愈”能力。(2)ZeeWeed工艺特点MembraneBioreactorProcess&TechnologyZeeWeedMBR工艺是GEZenon公司的专利技术,它实现了活性污泥与超滤膜技术的完美结合。该工艺利用ZeeWeed中空纤维膜,替代了传统活性污泥的二沉池和深度处理中的多介质过滤或微/超滤膜,一步达到三级出水或反渗透(Ro)的进水要求,该技术适用于采用更严格排放标准的新建污水处理厂、旧污水处理厂的改扩建。MembraneBioreactorProcess&TechnologyZeeWeed浸没式超滤膜采用负压抽吸的PVDF中空纤维膜,外压式运行,膜孔径为0.02-0.04微米,具有很好的物理化学耐受性。为满足不同水质的处理需要,GEzenon公司开发出两种级别的Zeeweed超滤(UF)膜即:zeeWeed500利ZeeWeed100被直接浸入到需要的水中,系统占地面积非常小,这就给现有的水处理厂的改造提供了条件,可以将膜安装到现有的澄清池、生物反应器或其他水池中,也由于ZeeWeed膜进水通道是完全开放的原因,浸入膜工艺能应付高悬浮物与有机物的进水和对水质不稳定的进水有较强的抗冲击能力。同时Zeeweed浸没式超滤膜在膜纤维的强度和寿命、膜组件的几何结构、反清洗操作以及膜系统的紧凑化设计上均有一定的特点。MembraneBioreactorProcess&TechnologyMembraneBioreactorProcess&Technology6.2.2久保田株式会社(KUBOTA)日本Kubota株式会社始建于1898年,其产品范围包括机械、阀门、水泵、空调等设备、总承包给水和污水处理厂,是日本最大的水处理设备制造公司之一。1990年,Kubota膜生物反应器第一次正式的进行商业性应用,至今已在全世界200多个污水处理厂得到了应用。因此Kubota也是世界上历史最长,业绩最多的MBR技术的制造供应商之一,并占据了世界大部分平板式MBR的市场份额。在英国,Kubota的MBR已用来处理10000m3/d以上的生活污水。经过多年的运行,已证实Kubota的MBR是一种运行可靠,操作简单的污水处理工艺。MembraneBioreactorProcess&Technology(1)Kubota膜组件特点及技术参数Kubota平板式膜组件由滤板,膜垫,薄膜层,取水口组成。滤板由外框架和内支撑组成。滤板主要是对附着在表面的膜垫和薄膜层起支撑作用。用于市政污水处理的滤板主要有两种尺寸。一种是1000mm×500mm,另一种1600mm×500mm。薄膜层的材料为聚氯乙烯,薄膜层均匀地附着在膜垫的表面。取水口是最终处理后水的出口。过滤后的水经过滤板内支撑上的水流沟槽,在水力压力或外部抽吸力的作用下流出。膜的平均孔径为0.4um属于微滤膜范畴。单片膜的有效过滤面积:1000mm×500mm(EK型);1600mm×500mm(EW型)。设计膜通量:0.4~0.8m3/d/m2。进水污染物负荷较高时,设计取的膜通量较小。市政污水一般取0.5~0.6m3/d/m2。MembraneBioreactorProcess&Technology(2)KUBOTA膜单元膜单元由膜框架,膜支架(液中膜),散气框架,散气管,软管,集水管组成。膜支架就是上面介绍的液中膜。每个液中膜组件中可以安装多片膜支架。膜框架是用来支撑膜支架的,一般用不锈钢材料制成。散气框架:散气框架位于膜框架的下部,为鼓风气泡提供上升通道。散气管:外部鼓风机的空气通过管道首先送至散气管的主管(下部较粗的管道),再通过主管分配至散气支管。散气支管上有散气孔,空气通过散气孔,经过散气框架,吹入膜框架的空隙之间,防止膜堵塞。软管和集水管:每个膜框架的出水口与出水软管相连接,出水软管的水再汇集至集水管,最终流入集水池。MembraneBioreactorProcess&Technology为了节省液中膜的空气用量,从而达到节约能耗的目的,在大型污水处理厂中,液中膜组件通常为双层布置,膜框架之上再安装一层同样尺寸的膜框架,这样可以节省空气用量30%。早期Kubota的膜组件中每片膜的出水口均采用透明塑料管与集水管连接。这主要是为了在膜堵塞和膜损坏时,便于观察,也利于更换。只要没有外部破坏力,液中膜极少有堵塞和损坏发生。加之透明塑料管容易老化,需要定期更换,会增加维护工作量,目前在大型污水处理厂中己很少采用,采用塑料硬管直接连接。MembraneBioreactorProcess&Technology(3)KubotaMBR的过滤机理膜组件浸没在污水中。污水在两片液中膜之间流动,清洁的水在压力或外部抽吸力的作用下流入液中膜的滤板内,再通过液中膜的取水口流出至集水池,从而达到固液分离的作用。膜表面聚集的污泥,在鼓风气泡剪切力的作用下,脱离膜表面,从而使膜的固液分离能力持续保持。生物过滤原理:Kubota液中膜除了具有普通膜的物理过滤原理外,在实际运行中,在液中膜的薄膜层外,会均匀地生长一层致密的生物膜。这层生物膜对固液分离的贡献极大。大部分固体颗粒实际上是被这层生物膜截留。生物膜的过滤极大地减缓了物理膜的污染速度,Kubota液中膜可以运行数个月不清洗,主要是因为有了生物膜的缘故。MembraneBioreactorProcess&Technology(4)KUBOTAMBR的运行KubotaMBR的鼓风机一般按照每片膜(1600mm×500mm)7L/min设计,运行时,鼓风机的风量一般不调节。鼓风机为24小时连续运行。抽吸泵的大小根据膜组件数量设计，运行时,为了清除污染,采取开9分钟,停1分钟的模式。循环污泥泵的流量一般选择进水量的2-3倍。剩余污泥泵根据池中MLSS计的读数定时运行。池中MLSS的浓度一般控制在15000~20000mg/L左右。抽吸泵入口管道上需安装压力计,通过压力变化可以了解膜污染的程度。当TMP达到2米水柱(0.02MPa)时,需要对膜进行清洗。MembraneBioreactorProcess&Technology(5)KubotaMBR的清洗与其它中空膜的清洗不同,Kubota液中膜的清洗为“在线”冲洗,即无需将膜组件从膜池中提出,直接在膜池内清洗。清洗时,一般采用次氯酸钠(0.5%浓度)和草酸(0.5%浓度)两种药液,分两次清洗。清洗前,首先关闭抽吸泵和鼓风机。将药液通过安装在膜组件上部的进药口缓缓注入膜组件中,注入药液的量要按照操作说明书或现场污染情况设定,一般每片膜每种药剂的用量约3L左右。注入药液后,静止浸泡1.5小时左右,然后用抽吸泵将药液排出，再注入另一种药剂,再静止浸泡1.5小时左右,然后再用抽吸泵将药液排出。整个清洗过程持续4-5小时。液中膜清