杜昱¹，岳崢¹，呂國慶¹，李大利²，孫月馳¹，張亞琳¹，湯萌萌¹

（1.中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津300074；2.阜新市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，遼寧阜新123000)

摘要：內(nèi)置式膜和外置式膜普遍應(yīng)用于各種污水處理工程中，二者的處理效果相似，但能耗相差較大，外置式膜的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于內(nèi)置式膜。對(duì)于垃圾滲濾液處理工程，生化處理采用內(nèi)置式膜生物反應(yīng)器可以取得良好的效果，與外置式膜相比，占地面積相差不大，工程費(fèi)用較低，可以節(jié)省90%的電耗，對(duì)降低滲濾液處理成本具有重要意義，具有很好的發(fā)展應(yīng)用前景。

膜生物反應(yīng)器(MBR)通常分為內(nèi)置式和外置式兩種，兩種方式各有不同，能耗相差較大。在垃圾滲濾液處理領(lǐng)域，由于滲濾液進(jìn)水污染物濃度較高，為滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，取得較好的處理效果，生物池內(nèi)一般維持較高的污泥濃度，生化處理大多采用外置式MBR處理工藝。雖然外置式MBR工藝能夠取得良好的處理效果，但也會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行成本大幅增加。

在滲濾液處理技術(shù)發(fā)展初期階段，受膜材質(zhì)等條件的限制，內(nèi)置式膜只限于在低濃度的生化處理系統(tǒng)中使用，垃圾滲濾液處理系統(tǒng)很少使用內(nèi)置式膜。近年來，隨著一些高科技材料的應(yīng)用以及生產(chǎn)加工工藝的改進(jìn)，內(nèi)置式膜也可以適用于高濃度的生化處理系統(tǒng)，選取合適的膜分離方式，對(duì)降低污水處理成本具有重要意義。

為此,考察分析了內(nèi)置式膜生物反應(yīng)器與外置式膜生物反應(yīng)器在滲濾液處理中的應(yīng)用特點(diǎn),以供工程設(shè)計(jì)時(shí)參考。

1 外置式膜生物反應(yīng)器

在外置式膜生物反應(yīng)器中生物反應(yīng)器與膜單元相對(duì)獨(dú)立，通過混合液循環(huán)泵使得處理水通過膜組件后外排；其中生物反應(yīng)器與膜分離裝置之間的相互干擾較小。目前在垃圾滲濾液處理中采用的外置式膜生物反應(yīng)器一般均選用錯(cuò)流式管式超濾膜。即循環(huán)泵為混合液（污泥）提供一定的流速（3.5~5 m/s），使混合液在管式超濾膜中形成紊流狀態(tài)，避免污泥在膜表面沉積。管式膜材質(zhì)多采用PVDF（聚偏氟乙烯），孔徑為0.02 μm。外置式膜生物反應(yīng)器示意見圖1。

圖1 外置式膜生物反應(yīng)器示意

對(duì)于垃圾滲濾液處理系統(tǒng)，由于進(jìn)水氨氮及COD濃度很高，為減小生物池容積，提高處理效率，一般使生物池維持較高的污泥濃度，正常運(yùn)行時(shí)通常維持在10~20 g/L左右，最高可達(dá)40 g/L。因此處理垃圾滲濾液的MBR系統(tǒng)通常采用外置式超濾系統(tǒng)，而較少采用內(nèi)置式，外置式超濾出水SS接近于零，能夠滿足后續(xù)深度處理水質(zhì)要求。但由于外置式MBR系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備較多，致使電耗大幅增加，運(yùn)行成本提高。

2 內(nèi)置式膜生物反應(yīng)器

在內(nèi)置式MBR中，膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)部，原水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器后，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥分解，再在抽吸泵或水頭差的作用下由膜過濾出水。內(nèi)置式MBR利用曝氣時(shí)氣液向上的剪切力來實(shí)現(xiàn)膜表面的錯(cuò)流效果，減少對(duì)膜的污染。與外置式MBR相比，內(nèi)置式MBR最大的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力消耗低。在市政污水處理領(lǐng)域應(yīng)用比較多的是中空纖維膜和平板膜，其中中空纖維膜多采用PP（聚丙烯）材質(zhì)，孔徑為0.08~2.0 μm，平板膜材質(zhì)多采用PVDF（聚偏氟乙烯），孔徑為0.03~10μm。無論是中空纖維膜還是平板膜，要求生物池中污泥濃度一般不超過10 g/L，因此在高濃度的垃圾滲濾液處理工程中較少應(yīng)用。

內(nèi)置式膜生化反應(yīng)器如圖2所示。

圖2 內(nèi)置式膜生化反應(yīng)器示意

在較早的時(shí)期，受原材料及加工工藝的限制，內(nèi)置式膜一般只能應(yīng)用在較低污泥濃度的生化處理系統(tǒng)中，污泥濃度通常不超過8 g/L，而外置式膜可以承受高達(dá)40 g/L的污泥濃度。

近年來，由于新材料的應(yīng)用，使得中空纖維膜的應(yīng)用范圍更加廣泛，例如以PTFE（聚四氟乙烯）為材質(zhì)的中空纖維膜，具有更加良好的性能，其中最大的特點(diǎn)就是可以適應(yīng)較高的污泥濃度，使得中空纖維膜在高濃度廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。工程實(shí)例證明，內(nèi)置式膜在垃圾滲濾液處理工程中能取得良好的運(yùn)行效果，可大幅節(jié)省能耗、降低運(yùn)行成本。

3 膜生物反應(yīng)器的比較

3.1 系統(tǒng)組成

對(duì)內(nèi)置式和外置式膜進(jìn)行比較的前提是，生物池內(nèi)混合液懸浮物濃度相同，因此在膜前端的生物池對(duì)二者而言是相同的，只是對(duì)膜本身及其相關(guān)的配套設(shè)施進(jìn)行比較。

內(nèi)置式系統(tǒng)由膜池、膜組件、抽吸泵、清洗鼓風(fēng)機(jī)及配套清洗設(shè)施組成，清洗鼓風(fēng)機(jī)與曝氣鼓風(fēng)機(jī)統(tǒng)一放置在鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)，抽吸泵可以放置在室外膜池旁，整個(gè)系統(tǒng)的控制要求較低、運(yùn)行管理也較簡單。

外置式系統(tǒng)由進(jìn)水泵、膜組件、循環(huán)泵及配套清洗設(shè)施組成，膜組件和循環(huán)泵需設(shè)在室內(nèi)，進(jìn)水泵可以放置在室外生物池旁，整個(gè)系統(tǒng)控制要求高、運(yùn)行管理復(fù)雜。

3.2 占地面積

內(nèi)置式膜系統(tǒng)需要建一座膜池，膜組件放在膜池內(nèi)，但無需建膜處理間。而外置式膜系統(tǒng)無需建膜池，需建一座膜處理間，將膜組件放在室內(nèi)，兩個(gè)系統(tǒng)占地面積相差不大。

3.3 工程投資

內(nèi)置式和外置式膜的通量有較大的差別，內(nèi)置式膜的通量為12.5~32.5 L/(m²·h），外置式膜的通量為60~80 L/(m²·h)，因此在處理相同水量的前提下，內(nèi)置式膜需要的面積要遠(yuǎn)大于外置式膜的面積。由于受使用條件的限制，中空纖維膜承受的壓力較低，而且加工難度較小，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本也較低。而管式膜需要承受較高的壓力，加工難度大，其生產(chǎn)成本也相應(yīng)較高。綜合比較，在污水處理量相同的情況下，管式膜的綜合造價(jià)要高于中空纖維膜。

以500 m³/d處理規(guī)模為例，二者的投資比較如表1所示。

表1 內(nèi)置式和外置式膜投資比較

3.4 使用效果

鑒于內(nèi)置式膜系統(tǒng)低廉的運(yùn)行成本，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于垃圾滲濾液處理領(lǐng)域，并取得良好的效果。

武漢市綠色環(huán)保能源有限公司垃圾焚燒廠垃圾滲濾液處理工程，處理規(guī)模為400 m³/d，采用內(nèi)置式MBR系統(tǒng)，于2010年6月建成投入運(yùn)行至今，效果良好。

該廠原污水COD為50 000 mg/L左右，MBR膜進(jìn)水COD為800 mg/L左右，出水COD<600 mg/L，產(chǎn)水穩(wěn)定，SS＜80 mg/L，目前運(yùn)行情況良好，沒有出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象。處理出水水質(zhì)達(dá)到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923—2005）標(biāo)準(zhǔn)，回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水，項(xiàng)目生產(chǎn)及生活廢水不外排。

3.5 運(yùn)行成本

在管式超濾系統(tǒng)中，為保證活性污泥不在超濾膜管中沉積，必須保持最低4 m/s的流速，這樣會(huì)使超濾系統(tǒng)能耗過高。同時(shí)，由于膜的孔徑較�。�0.02 μm），使凈水透過膜必須使用較高的壓力，這也是超濾耗電較高的一個(gè)原因。外置式MBR系統(tǒng)電耗組成見圖3。

圖3 外置式MBR處理垃圾滲濾液系統(tǒng)電耗組成

從圖3可以看出，除鼓風(fēng)機(jī)外，超濾系統(tǒng)所占電耗高于其他機(jī)械設(shè)備，這也是導(dǎo)致垃圾滲濾液處理運(yùn)行成本高的主要原因之一。

對(duì)于內(nèi)置式MBR系統(tǒng)而言，只需要設(shè)置抽吸泵和膜清洗用鼓風(fēng)機(jī)即可，其電耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于外置式系統(tǒng)。以500 m³/d規(guī)模的垃圾滲濾液處理工程為例，對(duì)二者的電耗進(jìn)行比較，結(jié)果見表2。

表2 內(nèi)置式和外置式膜電耗比較

3.6 綜合比較

內(nèi)置式膜生物反應(yīng)器和外置式膜生物反應(yīng)器的綜合比較如表3所示。

表3 膜生物反應(yīng)器比較

4 結(jié)論

① 內(nèi)置式膜可以用于垃圾滲濾液處理較高污泥濃度的MBR生化處理系統(tǒng)，效果良好。

② 內(nèi)置式膜系統(tǒng)的工程費(fèi)用低于外置式膜系統(tǒng)。

③ 內(nèi)置式膜系統(tǒng)的電耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于外置式膜系統(tǒng)，運(yùn)行成本大幅降低。

（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2015年第20期“述評(píng)與討論”欄目）

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