摘要:膜生物反應(yīng)器(MBR)作為一項新型的水處理技術(shù),具有處理效率高、出水水質(zhì)好、設(shè)備占地面積小、運行管理簡單等特點,在水處理領(lǐng)域包括自來水供給保障和污水處理回用中得到了迅速發(fā)展。本文從技術(shù)發(fā)展和市場開發(fā)兩方面對MBR的現(xiàn)狀作了扼要評論,通過歷史進展的回顧,著重分析了影響MBR發(fā)展的一些關(guān)鍵因素,展望了MBR在市政污水和工業(yè)廢水處理回用中的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞:膜生物反應(yīng)器 市場 膜分離 市政污水 工業(yè)廢水 水處理技術(shù)

一、前言

膜生物反應(yīng)器(MBR)是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù),在用于市政污水、食品工業(yè)廢水、石油化工廢水和有毒工業(yè)廢水的處理以及自來水深度處理中,替代常規(guī)水處理工藝中的二沉池,具有高效、節(jié)能、無需新增場地、產(chǎn)水水質(zhì)好等優(yōu)點。MBR作為一項新型的水處理技術(shù),在過去常因傳統(tǒng)技術(shù)的存在而備受忽視,但是一系列的數(shù)據(jù)特別是近年來的發(fā)展現(xiàn)狀表明,MBR作為一種先進的技術(shù)手段已迅速被人們所接受,在構(gòu)建現(xiàn)代的水處理技術(shù)與市場的諸多方面發(fā)揮著及其重要的作用。

二、MBR沿革

1、技術(shù)沿革

第一個MBR是二十世紀60年代后期,由Dorr-Oliver公司開發(fā)的,主要用于船運的污水處理。該工藝基于平板(FS)式超濾(UF)膜,要求高的進水壓力,但是滲透通量低。早期的MBR是分置式結(jié)構(gòu)(sMBR),隨后發(fā)展成目前最具有商用意義的浸沒式結(jié)構(gòu)(iMBR)。圖1為兩種類型的MBR示意圖。

70年代,日本NovasepOrelis公司開發(fā)了PleiadeFS式MBR系統(tǒng)。到1999年時,全世界已建成125套廢水處理量均小于200m3/d的FS式的小型MBR系統(tǒng),其中大部分建在日本用于生活污水的處理與回用,少部分建在歐洲用于工業(yè)廢水的處理。從80年代末到90年代初,MBR技術(shù)得到了很好的發(fā)展。于1980年成立的Zenon環(huán)境公司開發(fā)了一種MBR系統(tǒng),即是其早期的第一代ZenoGemiMBR工藝,到1993年該公司又推出了一種Thetford系統(tǒng),改善的Cycle-Let工藝———用于污水循環(huán)再利用的分置式工藝。1993年,Zenon設(shè)計了第一套浸沒式中空纖維(HF)膜的ZeeWeed組件———ZWl45系列(145平方英尺),隨后又研發(fā)成功ZW130系列、ZW150系列、ZW500系列、ZW500b,c和d系列。

幾乎與Zenon環(huán)境公司同一時期,日本政府開展了新生水工程。在這一項目的引導(dǎo)下,Kubota農(nóng)業(yè)機械公司開發(fā)了FS式微孔過濾(MF)膜的iMBR工藝,并先后于1990年在廣島(25m3/d)隨后于1992年在Sakai-Rinkai公司所在地(110m3/d)進行了小規(guī)模的實驗驗證。到1996年末,有60套Kubota公司的MBR設(shè)備在日本投入應(yīng)用,主要用于人類糞便、生活污水的處理,近年來也用于工業(yè)排放廢水的處理,其最大的總產(chǎn)水量可達5500m3/d。Wehrle環(huán)境公司開發(fā)了處理垃圾填埋場滲濾液的MBR。1990年代中期開始研發(fā)了使用陶瓷膜的分置式Degremont裝置,主要用于工業(yè)廢水的處理。由于流速較低,因此其市場潛力不如浸沒式系統(tǒng),特別是在市政水處理方面受到了限制。

從研發(fā)出第一套浸沒式MBR產(chǎn)品,Zenon公司和Kubota公司的產(chǎn)品性能和處理量一直在提高,且呈指數(shù)式增長(見圖2)。如今,這兩大公司基本上壟斷了世界MBR市場,Kubota公司主要占有絕大多數(shù)的小規(guī)模系統(tǒng),而較大型的MBR系統(tǒng)主要屬于Zenon公司。雖然在科威特有最大的膜法處理污水循環(huán)設(shè)施,其設(shè)計生產(chǎn)能力是37.5萬m3/d,但是現(xiàn)在全世界最大的MBR卻在德國的Kaarst市,其生產(chǎn)能力是5萬m3/d。目前,MBR的平均生產(chǎn)能力是189～1890m3/d,但是隨著MBR技術(shù)的發(fā)展,在未來幾年內(nèi)其平均生產(chǎn)能力可望達到4萬m3/d以上。

技術(shù)研發(fā)推進著MBR技術(shù)更加完善。浸沒式的MBR的技術(shù)優(yōu)勢顯著,無論是FS的和HF的膜系統(tǒng),或者是性能有所不同的各種產(chǎn)品,都有可能成功地進入市場。因此,一些MBR廠商將浸沒式具有的某些關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用到分置式結(jié)構(gòu)中,例如重點研究改進了分置式的通風(fēng)技術(shù)。僅2005年,全球投資MBR關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)經(jīng)費達1200萬歐元,其中歐盟投入了600萬歐元,加速了MBR市場化。

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