摘要:膜生物反應器(MBR)作為一項新型的水處理技術,具有處理效率高、出水水質好、設備占地面積小、運行管理簡單等特點,在水處理領域包括自來水供給保障和污水處理回用中得到了迅速發展。本文從技術發展和市場開發兩方面對MBR的現狀作了扼要評論,通過歷史進展的回顧,著重分析了影響MBR發展的一些關鍵因素,展望了MBR在市政污水和工業廢水處理回用中的發展前景。

關鍵詞:膜生物反應器 市場 膜分離 市政污水 工業廢水 水處理技術

一、前言

膜生物反應器(MBR)是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理技術,在用于市政污水、食品工業廢水、石油化工廢水和有毒工業廢水的處理以及自來水深度處理中,替代常規水處理工藝中的二沉池,具有高效、節能、無需新增場地、產水水質好等優點。MBR作為一項新型的水處理技術,在過去常因傳統技術的存在而備受忽視,但是一系列的數據特別是近年來的發展現狀表明,MBR作為一種先進的技術手段已迅速被人們所接受,在構建現代的水處理技術與市場的諸多方面發揮著及其重要的作用。

二、MBR沿革

1、技術沿革

第一個MBR是二十世紀60年代后期,由Dorr-Oliver公司開發的,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是分置式結構(sMBR),隨后發展成目前最具有商用意義的浸沒式結構(iMBR)。圖1為兩種類型的MBR示意圖。

70年代,日本NovasepOrelis公司開發了PleiadeFS式MBR系統。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,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廢水的處理。從80年代末到90年代初,MBR技術得到了很好的發展。于1980年成立的Zenon環境公司開發了一種MBR系統,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,改善的Cycle-Let工藝———用于污水循環再利用的分置式工藝。1993年,Zenon設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),隨后又研發成功ZW130系列、ZW150系列、ZW500系列、ZW500b,c和d系列。

幾乎與Zenon環境公司同一時期,日本政府開展了新生水工程。在這一項目的引導下,Kubota農業機械公司開發了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)進行了小規模的實驗驗證。到1996年末,有60套Kubota公司的MBR設備在日本投入應用,主要用于人類糞便、生活污水的處理,近年來也用于工業排放廢水的處理,其最大的總產水量可達5500m3/d。Wehrle環境公司開發了處理垃圾填埋場滲濾液的MBR。1990年代中期開始研發了使用陶瓷膜的分置式Degremont裝置,主要用于工業廢水的處理。由于流速較低,因此其市場潛力不如浸沒式系統,特別是在市政水處理方面受到了限制。

從研發出第一套浸沒式MBR產品,Zenon公司和Kubota公司的產品性能和處理量一直在提高,且呈指數式增長(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的小規模系統,而較大型的MBR系統主要屬于Zenon公司。雖然在科威特有最大的膜法處理污水循環設施,其設計生產能力是37.5萬m3/d,但是現在全世界最大的MBR卻在德國的Kaarst市,其生產能力是5萬m3/d。目前,MBR的平均生產能力是189～1890m3/d,但是隨著MBR技術的發展,在未來幾年內其平均生產能力可望達到4萬m3/d以上。

技術研發推進著MBR技術更加完善。浸沒式的MBR的技術優勢顯著,無論是FS的和HF的膜系統,或者是性能有所不同的各種產品,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鍵技術應用到分置式結構中,例如重點研究改進了分置式的通風技術。僅2005年,全球投資MBR關鍵技術的研發經費達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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