膜生物反應器的能耗

發布日期：2018-02-08 作者：蘇州榮軒環保有限公司

膜生物反應器的能耗

MBR的能耗主要來自供水泵、循環泵、滲水抽吸泵和曝氣系統，比常規活性污泥法（0.3~0.5kW·h/m³）高。能耗高的主要原因是必須保持一定的膜面壓力來實現固液分離。其次是MBR中的MLSS非常高，水中氧的傳遞效果差，必須采用加大曝氣量的方式來改善這種狀況。另外，由于膜污染造成膜通量迅速下降，必須增大流速，沖刷膜面，減輕膜污染以維持所需要的膜通量。
外置式MBR是通過一個大的水泵來實現活性污泥的循環，滿足所需的高壓和流速。而浸沒式MBR通過反應器內的氣體運動來實現所需的錯流速度，通過高于膜的水位來實現所需的壓力。因此浸沒式比外置式總能耗低。
1997年Cote報告一個浸沒式MBR的能耗為0.3 kW·h/m³，其中曝氣能耗為0.28 kW· h/m³。在1998年Cote測定了外置式能耗為2~10 kW· h/m³，浸沒式為0.2~0.4 kW· h/m³。Gander等2000年測定了MBR的能耗數據，假定循環泵和離心鼓風機的總效率為60%，測定結果是浸沒式和外置式MBR的能耗相關非常大。外置式曝氣占總能耗的20%~50%，而浸沒式曝氣占總能耗的80~100%。實驗結果表明，浸沒式MBR的總能耗比外置式少30倍以上。
1994年Krauth證明在外置式MBR中，采用提高膜錯流速度和膜面積的方法可以降低能耗。1999年Wagner發現在外置式MBR中采用氣提泵，在低膜能量，低錯流速度時，能耗為0.5~1.5 kW·h/m³，而采用通常的泵類的系統其能耗為1.5~3.5 kW·h/m³。
2000年Cote等對Zenon公司的兩種膜進行能耗比較，在生物處理條件相同的條件下，過濾條件相差很大。浸沒式MBR工作壓力小，采用曝氣來對膜進行清洗無需生物循環，能耗僅為0.3~0.6 kW·h/m³（包括泵和曝氣的能耗）。管式膜雖然膜通量較大，但因壓力隨膜長度方向降低，所以需要較高的切向流速和較大壓力，從而導致很高的循環率，能耗高達4~12 kW·h/m³，是浸沒式膜組件的10~20倍。這是浸沒式MBR得以廣泛應用的主要原因。
1998年Davice對設計流量為650 m³/d和10500m³/d的MBR和活性污泥法污水處理廠進行費用比較，在平均設計流量為650m³/d時，MBR污水處理廠的總造價為613000英鎊，其中膜系統的費用占78%。活性污泥法由于需建造沉淀池、占地面積較大等原因，比MBR的總費用調出60%，處理費用高出15%；在平均設計流量為10500m³/d時，情況恰恰相反，活性污泥法污水處理廠的總造價僅為MBR的54%，處理費用僅為MBR的79%.
通過比較可知，在處理規模時，MBR具有絕對優勢，不僅在處理效果上好于活性污泥法，而且在基建投資和處理費用方面都優于活性污泥法。當處理規模較大時，MBR僅在處理效果上優于活性污泥法，而基建投資和處理費用方面不如活性污泥法。就目前情況而言，MBR處理城市污水和工業廢水，與常規的污水處理方法相比，存在一個最大處理流量，即在此流量下，MBR與活性污泥法相比，具有競爭優勢。
隨著膜生產技術的提高，膜的價格不斷降低，MBR工藝的最大競爭流量也在不斷增加，Davies在1998年證明，當把設計流量標準從3倍旱季流量減至2倍時，最大競爭流量有12000m³/d增加到22000m³/d。當膜價格降低50%時，在3倍旱季流量標準條件下，最大競爭流量可增至25000m³/d。無可爭議，MBR的最大競爭流量一直在增長，隨著各項技術的不斷發展還將會繼續增長。

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