1、适于小区污水处理回用的一体化装置研究项目简介2010 年 7 月一、项目介绍本项目的研究目的在于探索和开发一种技术合理、经济可行的复合水解强化型膜生物反应器（C-MBR），通 过 在实际废水运行状况下的长期运行，解决在工程中膜处理过程所发生的膜污染、堵塞、清洗等问题，探求合适的操作条件与工艺参数，降低膜污染，提高膜组件的处理能力和运行稳定性， 为工程产业化推广应用使用提供技术参考。本项目的研究内容是：开发一种基于膜生物反应器的污水深度处理技术， 实现污水资源化， 为解决我国水资源短缺的根本问题提供新的方法和途径。本项目开发一种面向城市小区生活污水处理的膜生物反应器一体化产品装置，具体工作内容包
2、括：（1）不同原水水质适用的生物膜组件选型及其配置参数条件；（2）不同水力负荷要求下的处理效率及膜组件优化配置；（3）处理量小于 500m3/d 的膜生物反应器成套设备系列产品研发与产业化推广，建立适合于不同规模生活小区、工厂宿舍等用于再生水利用的成套膜生物反应器系列产品；（4）制定膜生物反应器成套设备系列产品行业规范与设计标准；（5）处理量大于 500m3/d 的膜生物反应系统设计方案，开发大型工业企业、商业社区等高端再生水利用膜处理市场。随着我市经济的迅速发展和城市规模的不断扩大，城市用水量和废水量不断增加，造成城市水资源的日益短缺，水质日趋恶劣，水体富营养化，各种废水的有毒有害成分严重威
3、胁着人类的身体健康。为此，迫切需要开发效率高超、运行稳定、可操作性强的污水深度处理成套技术。同时，在快速发展的城市中，住宅小区绿化、水景等用途的环境用水量在城市总用水量中的比例不断增加，而城市正面临着日益严峻的水资源短缺问题，在这种背景下，中水回用成为缓解当前城市水资源难以为继现状的重要途径之一，而小区中水回用是中水回用的主要组成部分。可见，开展适于小区污水处理回用的一体化装置研究，加快我市中水回用工作进程，缓解日益严峻的水资源短缺矛盾，已经成为迫在眉睫的工作任务。这对于促进我市循环经济的发展、和谐社会的建设、以及生态文明的建设等均具有重大意义和深远影响。二、技术来源本项目是完全通过自主研发创
4、新、突破传统膜生物反应器技术（Membrane Bioreactor,简称 MBR 技术）、具有 优越的污水处理性能和极高的应用推广价值的一种污水深度处理与回用系统装置。本项目拟解决的关键技术问题包括：1、一种复合水解强化型 MBR 的设计与开发 ，研制适用于不同规模处理水量的成套 MBR 设备产品；2、新型 MBR 系统的工 艺优化与运行成本控制；(l)分析膜传质过 程及膜 污染机理，确定过滤通量和总阻力的变化关系，研究膜污染的阻力分布，寻求降低污染和延长膜使用寿命的方法。(2)通过对 膜 组件优化设计和膜材料筛选，研究开发新型一体式膜生物反应器（MBR ），使反应器在技术指 标和运行状况允
5、许的前提下尽可能的降低能耗，并能有效地减缓污染。(3)研究一体式 MBR 中的基质降解动力学，通过实验推导MBR 降解有机物和氨氮的的 动力学模型。(4)对所研制的膜组件、膜生物反应器（MBR）进行运行试验研究，考察其处理各种水质的处理效果。3、膜生物反应器（MBR ）成套设备系列产品行 业规范与设计标准；4、技术成果的产品化和市场化推广。三、市场分析国际上，膜生物反应器（MBR ）于上世纪 70 年代开始在北美进行商业化应用。90 年代开始随着膜材料技术进步，价格不断降低，MBR进入大规模实际运用阶段。据 Hanft.s（2006）统计，2000-2005 年全球MBR 市场规模翻了一倍，
6、2005 年市场销售 额达到 2.17 亿美元；预期到 2010 年将会达到 3.6 亿美元。截至 2006 年底，全球投入运行或在建的 MBR 超过 2500 套；截至 2008 年底，全球投入运行或在建的MBR 超过 4000 套。其中， 2004-2006 年美国 MBR 市场增速超过了15%。国外 MBR 市场过 去 10 年及未来 5 年的 发展趋势如下图所示：0123456782000年 2005年 2010年 2015年年 份国外市场份额（亿美元）图 1 国外 MBR市场过去 10年及未来 5年的发展趋势我国膜生物反应器（MBR）技术研究从始于上世纪 90 年代，接下来 10 年
7、基本处于实验室 阶段，2000 年开始进入实际应用，2005 年开始进入了万吨/日级别以上的大 规模实用化推广 阶段。截至 2007 年，57% 用于市政污水处理与回用上。根据水网相关资料预测，目前MBR 工艺占整个污水 处理市场份额很少。2007 年新增 MBR 处理能力约为 40 万吨，预计 2010 年新增项目日 处理能力将达 360 万吨，市场需求达 100 亿元，占 污水处理处理市场 的 8%；2015 年市场需求达到 300 亿 元，占 污水处理市场份额的 27%，20112015 年预计增长率约达 25。如下 图所示，由 图中可以看出，MBR 行业在中国市场规模年增长率均为一倍左
8、右，发展非常迅速。0501001502002503003502005年 2010年 2015年年 份中国市场份额（亿元）图 2 国内 MBR市场过去 5年及未来 5年的发展趋势可见，无论国内外， MBR 项目的市场空间均较大，MBR 技术作为一个新型技术，与 传统的普通活性污泥法技术相比，具有出水水质高且稳定、占地面积和剩余污泥量（分别少 1/2 和少 1/31/2，明显缓解了城市污水厂的占地面积大和污泥处理难题）、运行管理方便灵活等优点，而初始投资成本和运行成本仅略高 10左右（未考虑土地成本，而且膜材料国产化后成本差距还将明显缩小），在全球市场份额约 22%，是行业发展方向。自 2000
9、年开展实际应用以来，就受到国家政策扶持（2001 年，国家 经贸委将膜生物反应器（MBR）列为首批“ 当前鼓励发展节水设备目录”；2008 年 MBR 技 术被国家环保部列入国家鼓励发展的环境保护技术目录），2005 年开始大规模应用，至2008 年国内 MBR 项目金 额近 3 年的增长率约 81，而这些仅占国内市场份额的不足 1%，行 业发展空间很大。同时，在膜成本随技术升级而下降、污水厂提标改造以及污水资源化的内外推动下，膜生物反应器（MBR ）技 术将成为污水处理发展方向。国内 MBR 市场刚 起步，基数小、空 间大，近几年国内 MBR 市场维持约 100%高增长；据水网相关预测，未来
10、 5 年内我国 MBR 市场占污水处理市场份额有望从 8%提高至 27%，对应年均 25%以上高增长。可见，本项目开发新型的复合水解强化型 MBR 顺应了时代的发展趋势，可以抢占国内外巨大的市场空间，具有突出的发展潜力。四、生产工艺本项目所研究的膜生物反应器（MBR）是一种以酶、微生物或动植物细胞为催化剂进行化学反应或生物转化，同时借助膜分离技术装置不断的分离出反应产物并截留催化剂而进行反应的装置。污水处理中的 MBR 法是将膜分离技 术中的超、微 滤技 术和活性污泥法有机结合的污水处理高新技术，它主要有膜组件、生物反应器、物料输送三部分组成，其运行原理是利用反应器内大量的微生物有效地降解污水
11、中各种有机物，使水质得到净化，并通过膜分离装置代替传统工艺中的二沉池，提高固液分离的效率，从而得到优质的出水，基本解决了传统的活性污泥法存在的污泥膨胀、污泥浓度低等因素造成的出水水质达不到中水回用要求的问题。目前 MBR 技 术在国内外己显示出良好的发展前景，在污水处理领域正在受到广泛的重视，并孕育着极大的发展潜力，其应用范围和规模将不断扩大和增加。目前 MBR 在国外己进入实际应用阶段，在国内的应用也得到了快速发展。传统 MBR污水处理工艺流程如下图所示：图 3 膜生物反应器（MBR）工艺原理本项目所研究的复合水解强化型膜生物反应器工艺流程如下图所示：图 4 本项目工艺流程如图所示：污水经过
12、格栅收集在原水池中，通过提升泵进入生化池进行初步处理，所后 进入膜池进行深度处理与分离，出水可以直接回用，污泥可通过回流返回到生化池循环使用。通过上述方法实现了MBE 对污水的深度处理与回用。在本项目中，首先通过设计试验，将目前适用于净水领域的成熟膜处理组件引入到再生水利用领域，开发一种新型的复合水解强化型 MBR 工艺，并研究不同进水水量、不同水力负荷、不同 进水水质条件下膜组件的去除效率和优化配置，结合进水指标的选择，针对不同的总处理规模形成如下成套产业或者解决方案，具体内容包括：（1）处理量小于 500m3/d，建立适合于不同规模生活小区、工厂宿舍等用于再生水利用的成套膜生物反应器系列产
13、品；图 5 处理量小于 500m3/d的 MBR一体化装置示意（2）处理量大于 500m3/d，实现大型再生水利用工程膜生物反应系统设计方案，开发大型工业企业、商业社区等高端再生水利用膜处理市场。如下 图所示：图 6 处理量大于 500m3/d的 MBR工艺方案实例（3）在成熟的成套设备产品以及设计方案的基础上，制定膜生物反应器成套设备系列产品行业规范与设计标准。以建立样板工程和样板设备为示范，逐步提升膜生物反应器成套设备以及解决方案在再生水利用领域的产业化水平。 MBR 技术应用于小区等场所的地埋式污水深度处理与回用示范工程的工艺图如下：图 7 地埋式 MBR污水深度处理与回用示范工程实例五
14、、环保情况在快速发展的城市中，住宅小区绿化、水景等用途的环境用水量在城市总用水量中的比例不断增加，而城市正面临着日益严峻的水资源短缺问题，在 这种背景下，中水回用成为缓解当前城市水资源难以为继现状的重要途径之一，而小区中水回用是中水回用的主要组成部分。住宅小区中水回用工程现在已成为评价一个小区功能是否完善，设计是否环保节能， 规划是否合理的标志。近年来，深圳市大力提倡一定规模的小区安装污水处理设施，实现小区内中水回用。据有关部门数据统计，小区采用中水系统后，居住区用水量将节省 30%40%，同 时排放量减少 35%50%；对一般居民住宅，可节水 30%左右。伴随着房地产开发行业的飞速发展,住宅
15、小区开发越来越注重配套中水回用设施的建设，因此开 发效率高超、运行稳定、自控性强的小区污水处理回用一体化系统装置成为目前相关行业人士关注和研究的热点。目前，在众多的污水处理工艺中，膜生物反应器（MBR）工艺具有不设二沉池、HRT 和 SRT 完全分离、不怕污 泥膨胀、处理效率高、充氧效率高、容易实现一体化自动控制、设计操作运行简便的突出优点，得到越来越多的关注和越来越广泛的应用。本项目拟开发一种复合水解强化型 MBR，并应用于生活小区的污水深度处理与回用领域，不仅对于加快我市再生水利用的进程，缓解日益严峻的水资源短缺矛盾具有重要意义，而且 对于促进我市循环经济发展、建设和谐社会和生态文明城市等均具有重大意义和深远影响。本项目的实施将对深圳市的环境产生较为深远的影响。该项目的上马，将促进我市污水深度处理事业的发展，为在工业企业大规模进行污水深度处理与回用打下良好的基础。节约水资源，降低污水排放，达到良性循环。逐步降低深圳市 COD 等污 染物排放总量，改善河流水环境，进一步改善深圳市的水环境质量，这不仅对深圳市完成国家下达的污染物排放总量控制指标具有重要意义，同时，对于我市实现生态城市创建、打造 优美人居环境起到重要的推进作用。
