MBR应用案例和研究进展.ppt
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MBR应用案例和研究进展,南开大学环境科学与工程学院2011.8.7,Contents,第一章.MBR工艺应用案例,第一章.MBR工艺应用案例,1.城市污水处理及建筑中水回用,1967年第一个采用MBR工艺的废水处理厂由美国的DorrOliver公司建成,这个处理厂处理14m3/d废水。
1977年,一套污水回用系统在日本的一幢高层建筑中得到实际应用。
1980年,日本建成了两座处理能力分别为10m3/d和50m3/d的MBR处理厂。
90年代中期,日本就有39座这样的厂在运行,最大处理能力可达500m3/d,并且有100多处的高楼采用MBR将污水处理后回用于中水道。
1997年,英国Wessex公司在英国Porlock建立了当时世界上最大的MBR系统,日处理量达2000m3,1999年又在Dorset的Swanage建成了13000m3/d的MBR工厂。
1998年5月,清华大学进行的一体式膜生物反应器中试系统通过了国家鉴定。
2000年初,清华大学在北京市海淀乡医院建起了一套实用的MBR系统,用以处理医院废水,该工程于2000年6月建成并投入使用,目前运转正常。
2000年9月,天津大学杨造燕教授及其领导的科研小组在天津新技术产业园区普辰大厦建成了一个MBR示范工程,该系统日处理污水25吨,处理后的污水全部用于卫生间的冲洗及绿地浇洒,占地面积为10平方米,处理每吨污水的能耗为07kWh。
第一章.MBR工艺应用案例,MBR在北京怀柔再生水厂中的应用,此工程采用具有除磷脱氮功能的3AMBR工艺,规模为4万吨/天。
3AMBR是一种超一级A污水处理新工艺,可以将污水一次处理成超一级A标准的优质再生水。
同时,该工艺还能解决水环境污染与水资源短缺的问题,是当今世界最先进的污水处理新工艺。
本项目设计的出水水质为CODcr:
30mg/L;BOD5:
5mg/L;SS:
10mg/L;TN:
15mg/L;NH3-N:
1mg/L;TP:
0.5mg/L,水质达到景观环境用水及地下水回灌水质标准。
北京怀柔再生水厂内放置了膜组件的膜池,第一章.MBR工艺应用案例,MBR在天津大学生活污水处理中的应用,天津膜天膜科技有限公司为天津大学生活污水处理项目,提供全套膜组件(FP系列帘式膜组件)。
该工程采用MBR膜处理系统,膜丝采用PVDF材质。
水源由学校的生活污水、洗浴废水等杂用水组成,处理量500吨/天,项目由2004年建成运行至今,出水水质良好且稳定运行。
MBR系统采用模块一体化设计,取代了传统的二沉池、回流系统、消毒系统等,工艺简单,便于管理。
MBR出水水质稳定,可有效去除悬浮物,能够有效截留污水中的病菌、细菌和病原体等。
第一章.MBR工艺应用案例,2.工业废水处理,90年代以来,MBR的处理对象不断拓宽,除中水回用、粪便污水处理以外,MBR在工业废水处理中的应用也得到了广泛关注,如处理食品工业废水、水产加工废水、养殖废水、化妆品生产废水、染料废水、石油化工废水,均获得了良好的处理效果。
90年代初,美国在Ohio建造了一套用于处理某汽车制造厂的工业废水的MBR系统,处理规模为151m3/d,该系统的有机负荷达6.3kgCOD/m3d,COD去除率为94%,绝大部分的油与油脂被降解。
在荷兰,一脂肪提取加工厂采用传统的氧化沟污水处理技术处理其生产废水,由于生产规模的扩大,结果导致污泥膨胀,污泥难以分离,最后采用Zenon的膜组件代替沉淀池,运行效果良好。
第一章.MBR工艺应用案例,MBR在中石化巴陵分公司己内酰胺污水处理项目中的应用,中石化巴陵分公司是全国石化行业中己内酰胺重点生产单位之一,该企业主要生产己内酰胺和帘子布产品,产生的主要污染源:
环己烷、环己酮、环己醇、苯环、己酮污水、有机酸、己内酰胺、氯氨等。
根据各工艺装置排放的工艺废水,首先按污污分治原则就地处理,回收的有用资源进行调质回用于生产过程,处理后废水分别由污水管道输送到污水处理厂区并和假定净水合并处理后达标排入长江。
日污水处理量为:
7200m3。
先后由多家公司采用A/O法和厌氧+曝气生物滤池法等工艺进行处理,但均因实际处理达不到要求,而且系统经受不了有机物和氨氮的冲击负荷,于2003年初被迫停止运行。
针对上述情况,采用膜生物反应器技术对其污水处理系统进行了改造,实现了该企业污水处理系统的稳定运行与达标排放。
第一章.MBR工艺应用案例,MBR在中石化巴陵分公司己内酰胺污水处理项目中的应用,采用膜生物反应器和厌氧-好氧循环运行的处理工艺。
污水经0.8毫米的预过滤器后进入缺氧区,经潜水搅拌器将缺氧区内污水混合均匀,大分子量长链有机物分解为易生化的小分子有机物,经潜水推进器推流进入好氧区,进行有机物好氧生化降解,好氧区的污泥经循环泵回流到缺氧区,达到不断循环的目的。
第一章.MBR工艺应用案例,MBR在中石化巴陵分公司己内酰胺污水处理项目中的应用,处理后的水经微滤膜由MBR集水管中汇集排放。
具体处理效果见上图。
其膜生物反应池利用了原先6组中的两组(每组3池)进行改造,取消了二沉池,从而大大减少了污水处理构筑物的数量,节约了运行费用。
由于采用了水解酸化与好氧生化相结合的处理工艺等技术,使得系统对有机物的去除能力得到大幅度提高,CODcr平均去除率达到97%,另外由于缺氧工艺的加入,使得氨氮去除率达到了99%。
第一章.MBR工艺应用案例,MBR在澳大利亚JoeWhite麦芽厂废水处理中的应用,澳大利亚的啤酒需求量非常大,因而麦芽的产量也很大,顺应这种需求,位于澳大利亚珀斯的JoeWhite麦芽厂2006年扩建成为南半球最大的麦芽厂之一。
我们知道,在麦芽的生产过程中有大量的高有机物含量的废水产生,因而影响该厂扩建的一个关键因素就是能否将麦芽生产过程中产生的大量废水进行回收利用。
这种废水较一般的生活污水要难处理的多,COD含量高达3500mg/l,BOD含量高达2000mg/l,悬浮物含量也在350mg/l。
澳大利亚的一个工程公司承接了这个项目,采用Koch的MBR+RO工艺成功的解决了这个难题。
该项目共采用了5个Puron-500型膜件和15支MegaMagnumRO膜,每天可回收水1410吨,其处理工艺和现场照片如下:
第一章.MBR工艺应用案例,MBR在澳大利亚JoeWhite麦芽厂废水处理中的应用,MBR和RO处理前后的水质如下表:
第一章.MBR工艺应用案例,MBR在徐州卷烟厂污水处理与再生回用工程中的应用,徐州卷烟厂是我国烟草行业的重点骨干企业。
为进一步提高企业的综合竞争力,徐州卷烟厂在现有基础上进行改造,改造后将形成年产卷烟100万箱的规模。
烟草污水中含有大量的香精香料、焦油、生物碱、酚类等有机物,COD、色度较高,可生化性差。
同时由于烟草品种的更换,水质波动较大,容易对污水处理系统造成冲击负荷,处理难度较大。
本工程位于徐州卷烟厂新厂区内,处理对象为厂区的生产、生活混合污水,其中生产污水1200m3/d,生活污水620m3/d,设计规模为2000m3/d。
应业主的要求,反渗透设计产水规模为1800m3/d(回收率75%),不足部分补充自来水。
设计进水水质:
CODcr:
4002500mg/L;SS:
100300mg/L;色度:
30300倍设计出水水质:
(1)一小部分出水经消毒后达到城市污水再生利用城市杂用水水质(GB18920-2002)规定的水质标准,回用于绿化和冲厕,该部分的水量为200m3/d;
(2)剩余1800m3/d的出水进入反渗透系统进行深度处理,处理后的出水达到工业锅炉水质(GB1576-2001)和循环冷却水水质(GB50050-95)规定的水质标准,用作锅炉补给水和空调循环冷却水。
第一章.MBR工艺应用案例,MBR在徐州卷烟厂污水处理与再生回用工程中的应用,本项目的主体工艺为“AirliftMBR(气提式膜生物反应器)+RO”,工艺流程如下图所示:
第一章.MBR工艺应用案例,MBR在徐州卷烟厂污水处理与再生回用工程中的应用,AirliftMBR工程照片,AirliftMBR工程效果图,第一章.MBR工艺应用案例,MBR在徐州卷烟厂污水处理与再生回用工程中的应用,徐州卷烟厂污水处理与再生回用工程中所用的AirliftMBR规模是2000m3/d,是世界上正在建设运行的最大规模的AirliftMBR之一。
成本分析工程设备总投资1600万元,吨水投资7930元,土建部分由业主承建。
包括反渗透和异味去除系统,吨水的直接处理成本为1.89元。
根据业主的要求,工艺中采用了大量的进口设备,如法国HIBON风机、德国WILO水泵、美国HACH在线仪表、电控系统均采用西门子元件和德国威图柜体,此外污水站还设有空气异味去除系统,因而吨水的投资较高。
如果采用普通设备,吨水投资约为35005000元。
经济和社会效益工程建成后,徐州卷烟厂每年将减少排放CODcr474.5t,减少排放BOD5189.8t。
同时由于将污水再生后回用,每年可以节约新鲜自来水70万吨。
第一章.MBR工艺应用案例,MBR在洛阳石化PTA污水回用工程中的应用,采用缺氧、好氧与MBR(membranebiologyreactor)相结合的处理工艺,深度处理PTA污水,在进水CODcr均值为4001000mg/L的条件下,出水CODcr45mg/L,达到循环水补充水质要求,取得了良好的效果和明显的经济效益。
第一章.MBR工艺应用案例,MBR在广东惠州大亚湾石化工业园污水处理与回用工程中的应用,处理水量25000吨/天。
进水COD小于1500毫克/升,氨氮小于30毫克/升,生化出水COD小于50毫克/升,氨氮小于5毫克/升。
处理后污水回用至中水系统。
于2006年9月建成。
第一章.MBR工艺应用案例,3.微污染饮用水净化,随着氮肥与杀虫剂在农业中的广泛应用,饮用水也不同程度受到污染。
LyonnaisedesEaux公司在90年代中期开发出同时具有生物脱氮、吸附杀虫剂、去除浊度功能的MBR工艺,1995年该公司在法国的Douchy建成了日产饮用水400m3的工厂。
出水中氮浓度低于0.1mgNO2/L,杀虫剂浓度低于0.02g/L。
第一章.MBR工艺应用案例,4.粪便污水处理,粪便污水中有机物含量很高,传统的反硝化处理方法要求有很高污泥浓度,固液分离不稳定,影响了三级处理效果。
MBR的出现很好地解决了这一问题,并且使粪便污水不经稀释而直接处理成为可能。
日本已开发出被称之为NS系统的粪便污水处理技术,最核心部分是平板膜装置与好氧高浓度活性污泥生物反应器组合的系统。
NS系统于1985年在日本琦玉县越谷市建成,生产规模为10kL/d,1989年又先后在长崎县、熊本县建成新的粪便污水处理设施。
NS系统中的平板膜每组约0.4m2共几十组并列安装,做成能自动打开的框架装置,并能自动冲洗。
膜材料为截流分子量20000的聚砜超滤膜。
反应器内污泥浓度保持在1500018000mg/L范围内。
到1994年,日本已有1200多套MBR系统用于处理4000多万人的粪便污水。
第一章.MBR工艺应用案例,气升循环分体式膜生物反应器技术在处理厕所废水中的应用,第一章.MBR工艺应用案例,气升循环分体式膜生物反应器技术在处理厕所废水中的应用,北京景山公园公厕污水处理系统10t/d,第一章.MBR工艺应用案例,5.土地填埋场/堆肥渗滤液处理,土地填埋场/堆肥渗滤液含有高浓度的污染物,其水质和水量随气候条件与操作运行条件的变化而变化。
MBR技术在1994年前就被多家污水处理厂用于该种污水的处理。
通过MBR与RO技术的结合,不仅能去除SS、有机物和氮,而且能有效去除盐类与重金属。
最近美国Envirogen公司开发出一种MBR用于土地填埋场渗滤液的处理,并在新泽西建成一个日处理能力为40万加仑(约1500m3/d)的装置,在2000年底投入运行。
该种MBR使用一种自然存在的混合菌来分解渗滤液中的烃和氯代化合物,其处理污染物的浓度为常规废水处理装置的50100倍。
能达到这一处理效果的原因是,MBR能够保留高效细菌并使细菌浓度达到50000g/L。
在现场中试中,进液COD为几百至40000mg/L,污染物的去除率达90%以上。
第一章.MBR工艺应用案例,MBR系统在郑州垃圾综合处理厂渗滤液处理中的应用,第二章.MBR工艺研究进展,1.新型MBR工艺,气升循环分体浸没式MBR气升循环分体浸没式MBR的特点是膜单元与生物反应器分置,便于系统维修和膜清洗,膜清洗时对生物反应器工作状态影响很小;生物反应器与膜单元之间的循环无需循环泵;膜组件采用浸没式,保留了浸没式膜生物器低能耗的特点。
第二章.MBR工艺研究进展,1.新型MBR工艺,复合动态生物MBR通过投加生物载体,使反应器内同时存在附着相的生物膜和悬浮相的活性污泥,从而提高了生物反应器内的微生物总浓度,出水可达到回用水标准。
第二章.MBR工艺研究进展,1.新型MBR工艺,无泡曝气MBR它采用透气性致密膜(如硅橡胶膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜),以板式或中空纤维式组件,在保持气体分压低于泡点(BubblePoint)的情况下,可实现向生物反应器的无泡曝气。
由于传递的气体含在膜系统中,因此提高了接触时间,极大的提高了传氧效率。
无泡曝气MBR的O2利用率可接近100%,是传统曝气的57倍。
当空气或O2进入传质阻力很小的透气性膜后,在浓差推动力的作用下向膜外的活性污泥扩散,由于O2停留在膜组件中的时间很长,O2的传质效率高,而且因O2的分压被控制在起泡临界压力之下,故没有气泡进入大气,这样使O2的利用率达到最大值。
第二章.MBR工艺研究进展,1.新型MBR工艺,萃取MBR将废水与活性污泥用膜组件隔离,膜组件具有选择性,仅使废水中的待处理成分透过。
污染物透过膜后在生物反应器中被微生物吸附降解,浓度不断下降,在废水和反应器间形成一个浓度差,这是污染物进人生物反应器的根本传质推动力。
第二章.MBR工艺研究进展,MBR与序批式反应器(SBR)相结合膜生物反应器MBR与序批式反应器SBR相结合而成的改良式序列间歇反应器(modifiedsequen2cingbatchreactor,MSBR)是一种较为成熟的膜技术与具体工艺相结合的水处理方法。
序批式活性污泥法工艺是由一组按一定顺序间歇操作运行的SBR反应器组成的。
SBR工艺的沉淀工序相当于传统活性污泥法中的二沉池,其沉淀期所需的时间应根据污水的类型及处理要求而具体确定,一般为12h。
而将膜反应器引入SBR系统,膜片的过滤功能可以大大地缩短SBR流程,因为沉淀过程将被省去。
而且其过滤功能可以对处理水进行进一步的净化。
试验中发现使用膜片过滤前的SBR系统只部分地去除了粪大肠菌、埃希氏大肠杆菌。
而使用膜片过滤后,在最终过滤程序完成后,指示细菌能够确保被全部去除。
还有95%以上的有机物,悬浮固体和大肠杆菌被成功去除。
该实验得出了以下结论:
经MBR与SBR反应器相结合的工艺处理后的回用水可以满足农业用水的要求。
MBR反应器的引入不单省却了SBR工艺中的沉淀过程,而且还作为一个深度过滤过程来对大肠杆菌和固体悬浮物进行去除。
2.MBR工艺与其他工艺的结合,第二章.MBR工艺研究进展,MBR与升流式厌氧滤床(AUBF)相结合升流式厌氧滤床是一种两段式混合反应器。
它将一个起反硝化作用的缺氧滤池与起酸化作用的升流式厌氧污泥床相结合,AF区位于UASB区的上方。
Jeong-HoonShin等将MBR与升流式厌氧滤床(AUBF)相结合,从而加强系统对猪场污水中COD和氮的去除的实验中,为去除污水中的高浓度有机固体,特将一体式MBR与升流式厌氧滤床(AUBF)串联。
在该试验中,AUBF-MBR系统用来处理含有高浓度有机物和氮的猪场污水。
在其淹没式MBR内,单位体积内的微生物生物浓度可以被维持在14,000mgVSS/L以上,而这样高的浓度决定了污水中的COD的高去除率和反应器中的高硝化率:
COD去除率为91%,而硝化率达到了99%,总氮的去除率达到了60%。
第二章.MBR工艺研究进展,MBR与氧化沟工艺(OD)相结合Tiranuntakul等对与MBR相结合后的氧化沟工艺的特性做了全面的研究。
其改造后的系统流程如图所示。
生活污水以86m3/d的流量进入改造后的系统,在系统启动阶段的60d内的检测数据显示MBR中的溶解氧量稳定在718mg/L,而OD中则略有浮动。
OD中的MLSS浓度稳定在1000mg/L左右,虽然系统对氮、磷的去除效果的改善不明显,但整个系统对氨、COD和BOD的去除率分别为:
100%、91.16%及97.10%,显示出了相当显著的处理能力。
第二章.MBR工艺研究进展,MBR与高效生物反应器(HCR)相结合HCR高效生物反应器(HighPerformanceCompactReactor)是由德国Clausthal工业大学物象传递研究所发明的一种高效生物反应器,其工艺原理为提高反应器的充氧能力和污泥活性来满足短时间内生物快速降解有机污染物的要求,从而实现提高生化反应效率,达到高效率的处理目的。
HCR反应器在20余项工业应用中已经显示出卓越的处理效果,且仍有广阔的发展空间。
HCR反应器是一种射流环状的反应器,采用射流曝气强制溶氧。
其设备结构主要由集成反应器、循环泵、两相喷头、沉淀池以及相应的配套管路系统等部件构成。
其结构如图所示。
第二章.MBR工艺研究进展,3.MBR发展前瞻,MBR未来的研究重点a.膜污染的机理及防治;b.MBR工艺流程形式及运行条件的优化;c.MBR污泥产率与运行条件的关系,以合理减少污泥产量,降低污泥处理费用;e.MBR生物反应器内微生物的代谢特性及其对出水水质、污泥活性等的影响,从而确定适宜的微生物生长及代谢条件;f.MBR工艺经济性研究。
在目前国内经济发展水平、膜产品供应状况和规范设计要求的条件下,MBR用于污水处理的最大经济流量的确定;g.以节能、处理特殊水质对象、兼具脱氮除磷、操作维护简便、可以长期稳定运行等为目标,开发新型的膜生物反应器。
结束语,MBR技术无论在生活废水处理还是在工业废水处理与回用中都取得了快速发展,在不同领域建立了一批示范工程,在工程实践中取得了很多经验与教训,为MBR技术在更多行业的推广应用打下了很好的基础,随着国产化膜技术及装备化水平的提高,MBR投资成本会进一步降低,与传统技术相比其综合竞争优势会更加明显,MBR技术将成为最重要的污水资源化手段之一。
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