上海純水設(shè)備解析：MBRMBBR+磁混凝技術(shù)路線對(duì)比
MBR與MBBR+磁混凝路線均可屬集約型工藝，占地省，可滿足國(guó)內(nèi)污水廠升級(jí)改造、擴(kuò)容或新建需求，生物池處置能力可提高100%
對(duì)于升級(jí)改造項(xiàng)目和擴(kuò)容項(xiàng)目，MBBR路線更優(yōu)。對(duì)于新建項(xiàng)目，MBR路線與MBBR路線選擇需根據(jù)對(duì)占地的緊缺水平判定：當(dāng)占地要求<400m2/萬(wàn)噸時(shí)，MBR工藝可滿足要求；當(dāng)占地要求≥400m2/萬(wàn)噸時(shí)，優(yōu)先推薦MBBR+磁混凝路線。
當(dāng)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)需達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)水質(zhì)時(shí)，MBBR路線可增加高精度濾池強(qiáng)化SS處置效果。
MBBR+磁混凝路線，投資和運(yùn)行費(fèi)用省，工程實(shí)踐中表示出較好的效果。
近年來(lái)，國(guó)家對(duì)于水環(huán)境的要求日益嚴(yán)格，污水處置廠出水規(guī)范不時(shí)提升，現(xiàn)階段的新（改、擴(kuò)）建污水廠均需達(dá)到一級(jí)A規(guī)范（GB18918-2002局部地區(qū)需要達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)改造中，膜生物反應(yīng)器(MBR移動(dòng)床生物膜工藝(MBBR磁混凝等集約型工藝，逐步受到關(guān)注，并得以廣泛的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備均獲得了良好的工程實(shí)踐效果。對(duì)MBRMBBR+磁混凝（簡(jiǎn)稱MBBR路線）兩工藝路線，從提標(biāo)潛能、工藝占地、與現(xiàn)況工藝契合度、投資、運(yùn)行利息等方面進(jìn)行對(duì)比，分析兩種技術(shù)改造路線的適用場(chǎng)景，為國(guó)內(nèi)污水廠提標(biāo)改造技術(shù)路線選擇提供參考。
一、MBR與MBBR路線概述
MBR通過(guò)膜過(guò)濾實(shí)現(xiàn)泥水分離，可在生化池內(nèi)富集更高污泥濃度，強(qiáng)化處置效果；且膜工藝可有效滿足高排放規(guī)范對(duì)于SS要求，若生化指標(biāo)（有機(jī)物、TNTP氨氮等）達(dá)到規(guī)范，出水消毒即可排放，屬于集成度較高的工藝。為維護(hù)膜組件，對(duì)預(yù)處置要求嚴(yán)格，需設(shè)置超細(xì)格柵、沉砂池等；動(dòng)力出水，若進(jìn)水逾越設(shè)計(jì)流量極限只能原水排放；膜沖洗曝氣高、回流比大、藥劑使用量大，典型的高能耗、高藥耗工藝。
MBBR通過(guò)向反應(yīng)器內(nèi)投加懸浮載體，強(qiáng)化生化處置效果，可實(shí)現(xiàn)原位改造、原位提標(biāo)；但MBBR屬于生化強(qiáng)化技術(shù)，對(duì)于SSTP無(wú)法實(shí)現(xiàn)最終出水保障，需要匹配其他深度處置工藝；磁混凝，通過(guò)對(duì)混凝階段加載磁粉，強(qiáng)化混凝沉淀效果，保證SS及TP處置效果，能夠與MBBR聯(lián)合互補(bǔ)，形成集約型占地的工藝組合。
二、MBR與MBBR路線技術(shù)比擬
2.1生物池提標(biāo)潛能比較
受二沉池運(yùn)行效果及處理能力的影響，一般生物池設(shè)計(jì)污泥濃度在3-4g/L本部分比較依照原生物池設(shè)計(jì)平均污泥濃度3g/L進(jìn)行計(jì)算，f=0.7即2.1gVSS/L由于生物反應(yīng)受溫度及水質(zhì)影響較大，不同地區(qū)進(jìn)水水質(zhì)及溫度存在明顯差別，本部分比較通過(guò)能夠增加的最大等效生物量進(jìn)行比較，不討論其他因素。
MBR膜生物反應(yīng)器是一種將高效的膜分離技術(shù)與激進(jìn)活性污泥法相結(jié)合的污水處置工藝，以共同結(jié)構(gòu)浸沒(méi)式膜組件置于曝氣池中，經(jīng)過(guò)好氧曝氣與生物處置后的水，由泵經(jīng)過(guò)濾膜過(guò)濾后以抽出。與激進(jìn)污水處置方法大的差別在于替代了激進(jìn)生化工藝中的二沉池和三級(jí)處置工藝。根據(jù)膜的形式不同，MBR又分為平板膜和中空纖維膜，由于中空纖維膜較平板膜堆積密度更高，且應(yīng)用更為廣泛，采用中空纖維膜MBR進(jìn)行分析。現(xiàn)階段，一般運(yùn)行良好的MBR生物池，最大污泥濃度為8g/Lf=0.5即提標(biāo)后，其最大生物為4gVSS/L提標(biāo)前的1.90倍。
MBBR為泥膜復(fù)合工藝，其生物量由兩部分組成，即池內(nèi)的活性污泥和填料表面的料上污泥。MBBR并非兩者簡(jiǎn)單的疊加，二者會(huì)相互影響。當(dāng)系統(tǒng)加入填料后，生物膜會(huì)對(duì)活性污泥的處置能力發(fā)生一定的影響，依照改造前處理能力的80%計(jì)算，取f=0.7即活性污泥項(xiàng)的等效污泥濃度為1.68g/L而生物膜等效污泥濃度，依照填料掛膜量12g/m2計(jì)算，填料有效比表面積取800m2/m3填充率為30%全池計(jì)，相當(dāng)于好氧區(qū)HRT占50%且好氧區(qū)填充率60%MBBR最大允許填充率為67%已有工程中最大為62%f=0.9則生物膜上生物量等效污泥濃度為2.59g/L即MBBR工藝總生物量為4.27gVSS/L提標(biāo)后，最大生物量是提標(biāo)前的2.03倍。
經(jīng)比較可知，從生物量的角度，MBR與MBBR對(duì)生物池進(jìn)行提標(biāo)的最大能力是基本一致的有效生物量MBBR略高。MBR可提高運(yùn)行污泥濃度，MBBR可增加懸浮載體投加量提高生物量。僅生化段（不包括膜池或二沉池）兩種工藝均可實(shí)現(xiàn)處置能力翻倍，不管是從一級(jí)B向一級(jí)A提標(biāo)，甚至直接提標(biāo)至準(zhǔn)IV均能夠滿足處置要求。
2.2與現(xiàn)況工藝契合度
1預(yù)處理，現(xiàn)階段我國(guó)的一般污水廠預(yù)處置段采用兩級(jí)格柵，即粗格柵和細(xì)格柵，對(duì)應(yīng)柵條間距多為15-20mm6-10mm由于MBR工藝膜絲較細(xì)，為延緩堵塞，要求進(jìn)水前增加一道1-2mm精細(xì)格柵（膜格柵）而MBBR防止堵塞的機(jī)制在于填料和篩網(wǎng)之間水力學(xué)的良好設(shè)計(jì)，而非通過(guò)強(qiáng)化進(jìn)水?dāng)r截；但新增膜格柵占地很小，一般污水廠均可以解決。
2生物處置，現(xiàn)況工藝為SBR類(lèi)工藝時(shí)，對(duì)于MBR路線，可擴(kuò)建膜池，實(shí)現(xiàn)SBR轉(zhuǎn)連續(xù)流運(yùn)行；現(xiàn)況工藝為連續(xù)流工藝時(shí)，對(duì)于MBR路線，一般新建膜池，原有沉淀池廢棄或做他用。而對(duì)于MBBR路線，其鑲嵌式改造的特點(diǎn)，與兩類(lèi)工藝均能較好嵌合，且合理利用已有構(gòu)筑物和工藝。
3曝氣系統(tǒng)，由于生物量的增加，一般情況下，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備兩工藝路線均需對(duì)曝氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，均需要采用底部曝氣。
4加藥系統(tǒng)，兩工藝路線對(duì)于加藥系統(tǒng)均無(wú)明顯影響，磁混凝局部需增加的PA M及磁粉投加系統(tǒng)可設(shè)置于磁混凝廓清池上部，無(wú)需改變?cè)屑铀幭到y(tǒng)及新增用地。
5污泥系統(tǒng)，由于處置能力的提升，剩余污泥量及化學(xué)污泥量均有一定程度的提高，兩工藝路線均需對(duì)污泥系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容。根據(jù)規(guī)范，一般的A2O污泥齡為10~20dMBR污泥齡1530d即MBR污泥齡是改造前的1.5倍，而MBR反應(yīng)池污泥量是改造前的2倍，故改造后剩余污泥量是改造前的133%化學(xué)污泥量因除磷量的增加有略微上升；而對(duì)于MBBR路線，其等效污泥量為改造前的2倍，等效污泥齡約為改造前的1.7倍，故改造后剩余污泥總量為改造前的120%化學(xué)污泥量與MBR工藝基本一致。
綜上，兩工藝路線對(duì)于現(xiàn)況工藝的契合度均較高，能夠在最小的改動(dòng)下實(shí)現(xiàn)污水廠的提標(biāo)。
2.3工藝占地
對(duì)于升級(jí)改造，兩種路線均無(wú)需擴(kuò)建生化池，但均涉及新增占地。MBR路線，其主要的新增工藝占地為膜池及設(shè)備間；MBBR路線，其主要的新增工藝占地為磁混凝澄清池。兩種路線升級(jí)改造的典型案例數(shù)據(jù)比較如表1所示。MBR局部，設(shè)計(jì)時(shí)除了考慮變化系數(shù)外，要考慮膜通量下降對(duì)于膜組件的補(bǔ)充，設(shè)計(jì)時(shí)一般預(yù)留10-20%同時(shí)，盡管膜通量各異，但隨著規(guī)模的增大，噸水占地指標(biāo)將減小，MBR工藝污水廠的新增占地在280-450m2/萬(wàn)噸。磁混凝廓清池工藝占地受外表負(fù)荷影響，一般可取20-40m3/m2/h萬(wàn)噸水占地在60-100m2/萬(wàn)噸，遠(yuǎn)小于MBR占地，僅為其1/3以下。比擬C和E污水廠，MBR新增占地287m2/萬(wàn)噸，MBBR+磁混凝新增占地71.2m2/萬(wàn)噸，后者僅為前者的24.8%此時(shí)MBBR+磁混凝路線占地更優(yōu)。
表1MBRMBBR+磁混凝對(duì)比
對(duì)于新建，相比于傳統(tǒng)工藝，MBBR或MBR均可將生化池占地縮小50%但MBBR需要新增沉淀池，考慮周進(jìn)周出矩形二沉池外表負(fù)荷較高且占地利用率高，一般可取0.8-1.2m3/m2/h沉淀池和深度處理的占地仍需400-600m2/萬(wàn)噸。此時(shí)需根據(jù)占地要求選擇，當(dāng)占地要求<400m2/萬(wàn)噸時(shí)，MBR工藝可滿足要求，當(dāng)占地要求≥400m2/萬(wàn)噸時(shí)，優(yōu)先推薦MBBR+磁混凝路線。
對(duì)于原生化池提量，兩種路線均能實(shí)現(xiàn)生化池處置能力提升100%當(dāng)提量100%處置能力翻倍時(shí)，MBBR路線需擴(kuò)建一半規(guī)模二沉池，新增占地在230-360m2/萬(wàn)噸，小于MBR路線占地。
當(dāng)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)需達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)水質(zhì)時(shí)，兩路線的核心關(guān)鍵差異在于SSMBR可實(shí)現(xiàn)出水SS<5mg/L而目前尚無(wú)磁混凝出水SS穩(wěn)定達(dá)到5mg/L以下的報(bào)道，需要在此技術(shù)上新增過(guò)濾單元。過(guò)濾單元可采用高精度纖維轉(zhuǎn)盤(pán)濾池，高精度濾布當(dāng)量孔徑為5微米，其設(shè)計(jì)濾速應(yīng)控制在7m3/m2/h以內(nèi)，其萬(wàn)噸水占地在50m2/萬(wàn)噸以下，噸水投資在50-100元/t運(yùn)行費(fèi)用小于0.05元/t
具體到工程項(xiàng)目中，因各水廠仍存在具體情況的差別，如現(xiàn)況沉淀池是否需改造或擴(kuò)建、已有深度處置工藝流程及運(yùn)行情況等，均可能對(duì)兩種路線的占地需求發(fā)生影響，選擇時(shí)仍需要結(jié)合具體項(xiàng)目具體分析。
三、MBR與MBBR路線投資運(yùn)行比擬
3.1投資對(duì)比
對(duì)于污水處置廠，投資與工藝路線的選擇息息相關(guān)，需要在滿足出水水質(zhì)要求的情況下，盡量降低投資及運(yùn)行成本。
MBR投資主要由設(shè)備費(fèi)和土建費(fèi)用組成，其中，設(shè)備費(fèi)占較大比重，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備一般在60%以上，隨同著MBR技術(shù)的研發(fā)日益幼稚，MBR設(shè)備費(fèi)近年來(lái)顯著降低，從原來(lái)的噸水投資3000元以上，下降到現(xiàn)在600-1000元，未來(lái)有望進(jìn)一步降低，這也是這幾年國(guó)內(nèi)能夠大規(guī)模應(yīng)用MBR關(guān)鍵；土建費(fèi)用受污水廠形式（全地下、半地下、地上式）場(chǎng)地條件影響較大，無(wú)法統(tǒng)一衡量，對(duì)于地上式污水廠，土建費(fèi)用一般在設(shè)備費(fèi)用的1/3左右。
因MBBR局部無(wú)土建變動(dòng)，其投資全部為設(shè)備費(fèi)用，受設(shè)計(jì)水質(zhì)影響較大，一般噸水投資在200-500元/t而磁混凝噸水設(shè)備投資在150-250元/t由于工藝負(fù)荷較高，土建占地面積小，其土建投資一般在100元/t以下，路線整體投資在350-750元/t同MBR路線相比，MBBR路線在投資上具有較大優(yōu)勢(shì)。
3.2運(yùn)行本錢(qián)
表1中比較運(yùn)行本錢(qián)，僅比較運(yùn)行本錢(qián)的差異項(xiàng)，非全部運(yùn)行本錢(qián)。無(wú)論是采用MBR工藝，還是MBBR工藝，其運(yùn)行利息主要由以下幾部分組成：藥劑費(fèi)、電費(fèi)和易耗品折舊費(fèi)用（MBR為膜、MBBR為填料）由于兩種工藝的生物池局部曝氣量、設(shè)備功率基本一致，且除磷加藥量相當(dāng)，因此該部分費(fèi)用不計(jì)入比較。即藥劑費(fèi)的對(duì)比僅對(duì)比除磷藥劑外的其他藥劑，電費(fèi)的對(duì)比僅對(duì)比MBR工藝設(shè)備及磁混凝工藝設(shè)備的電度電費(fèi)，由于全廠變壓器容量不同帶來(lái)的基本電費(fèi)差異不計(jì)入比較。
通過(guò)對(duì)幾個(gè)實(shí)際污水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，MBR工藝的噸水電費(fèi)及噸水折合膜更換費(fèi)用（依照使用年限5年計(jì)算）均在0.2元以上，藥劑費(fèi)用在0.01元左右，MBR工藝的平均運(yùn)行本錢(qián)在0.5元以上；對(duì)于MBBR工藝路線，僅計(jì)算其填料折舊費(fèi)用，依照使用年限10年計(jì)算，其噸水成本在0.1元以下；而磁混凝工藝的噸水藥劑費(fèi)用在0.02元左右，噸水電費(fèi)在0.02元左右，因此，MBBR+磁混凝其總運(yùn)行費(fèi)用在0.2元以下。MBBR+磁混凝工藝路線在運(yùn)行費(fèi)用上較MBR工藝具有較大的優(yōu)勢(shì)。
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