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1、 根据上述工艺设计所需的工程量及所需增加的 工人数(按1人计)和其它辅助材料用量,估算出污 水厂采用污水回用所需增加的成本见表3。 以自来水价1100元/ m3计,采用污水回用,每 m3用水可节约0177元,每年可省28110万元,只需 214年即可收回建造回用水处理设施的投资,具有 显著的经济效益。 5 结论 (1)对于污水处理工艺为深度二级生物处理、 污 泥采用带式压滤机处理的城市污水处理厂,污水回 用具有十分显著的经济效益,应积极采用。 (2)从本文计算也可推知,回用水量越大,效益 越好,因此应尽力扩大回用范围,目前比较切实可行 的是回用于污水厂邻近区域的城市绿化及道路浇 洒。 参考文献
2、 1 唐志伟.北京市污水资源化与回用问题.中国给水排水,1995 ,11 (5) :2022 2 邓晓林,王国华,任鹤云.上海市城市污水处理厂的污泥处置途径 探讨.中国给水排水,2000 ,16(5) :1922 3 邹利安,刘灿.二级城市污水处理厂出水直接过滤回用的研究与 实践.给水排水,1997 ,23(8) :2123 作者通讯处:610081成都市星辉中路11号 中国市政工程西南设计研究院 电话:(028)3311095 收稿日期:2000126 MBR污水处理与回用工艺的经济分析和评价 张 军 王宝贞 聂梅生 提要 MBR(Membrane Bioreactor)是将生物处理与膜分离
3、技术相结合而成的一种高效污水处 理新工艺。就其在城市污水处理、 中水回用工程和高浓度生活污水处理领域的应用进行了经济分析 和比较。结果表明,随着膜价格的降低,MBR工艺比传统的污水处理工艺具有更强的竞争力。 关键词 膜生物反应器(MBR) 污水处理 污水回用 经济分析 1 MBR工艺特性 常规活性污泥法可以去除95 %的悬浮固体和 可生化有机物,但出水水质在很大程度上取决于沉 淀池的水力条件和污泥的沉降性能。因此,需要大 容积的沉淀池为泥水的充分分离提供足够的停留时 间。特别是对进水波动大的污水更是如此1。 膜生物反应器有效克服了与污泥沉降性能有关 的限制条件,并起到了取代二沉池的作用,同时还
4、能 达到澄清和除菌的目的2。MBR能维持较高的生 物量浓度,通常MLSS为1025 g/ L 3 ,最高可达 4050 g/ L 4 ,而常规活性污泥法曝气池中的 MLSS为35 g/ L。因此,MBR工艺的占地面积仅 为常规处理的1/ 31/ 5。图1给出了MBR同常规 活性污泥法的工艺比较。由图1可以看出,MBR法 工艺简单,可同时起到多个处理构筑物的作用。 图1 MBR与常规污水处理工艺的比较 膜分离使污水中的大分子难降解成分在体积有 限的生物反应器内有足够的停留时间,从而达到较 高的去除效果。高生物量浓度使MBR工艺能以紧 凑的系统获得较高的有机物去除率,并能通过维持 给水排水 Vol
5、127 No16 20019 低F/ M比的方式减少剩余污泥量。 2 MBR工艺与常规污水处理工艺的比较 英国的两个规模分别为1 400 m3/ d和22 500 m3/ d的生活污水处理厂,采用MBR工艺和常规活 性污泥法的投资与运行费用的比较情况列于表1 中5。所用膜组件为日本某公司生产的聚烯烃膜, 使用寿命为7年。从表1中可以看出,膜组件的费 用明显高于占地和土建费用,分别占总投资的 7813 %和85 %。在运行费用中,膜的更换费用占总 运行费的40 %75 %。对于小型污水厂来说,采用 MBR工艺较为经济;而对大型污水厂,采用常规工 艺的费用较为低廉。显然,处理规模是影响投资方 式的
6、一个重要因素。 表1 英国的MBR生活污水处理工艺同传统的 活性污泥工艺的经济比较 项 目 MBR工艺常规活性污泥工艺 小型厂大型厂小型厂大型厂 服务人数/人2 35037 50023 500 37 500 最大处理水量/ m3/ d1 40022 5001 400 22 500 平均处理水量/ m3/ d65010 500650 10 500 格栅费用/英镑59 304156 08559 304 156 085 投资 费用 /英镑 常规二级处理519 00031 669 56233 膜组件480 0006 200 000 占地费7 000136 42921 900 325 573 土建费12
7、6 000956 095380 000 1 787 783 合计613 0007 292 524980 204 3 942 259 年运 行费 用/ 英镑 人工费20 00029 53120 000 50 000 药剂费4 2005 0004 200 4 200 动力费10 000106 91713 000 148 070 膜换置费30 000460 653 管理费11 17333 47419 000 62 460 合计75 373602 10156 200 264 730 处理成本/英镑/ m311156121312419 注:3 不包括初沉地;33 包括初沉池和二沉池。 以制膜工业目前的发
8、展速度来看,膜价格的降 低具有很大的空间,在未来的35年里,完全可以 期待膜的价格降低至目前的50 %左右。届时,无论 是大型污水厂,还是小型污水厂,MBR工艺都具有 更大的吸引力。另外,MBR工艺出水中悬浮固体、 BOD和大肠杆菌的含量都很低,通常出水BOD为 4 mg/ L ,大肠杆菌 2 cfu/ mL 5 ,同时,产生的剩余 污泥仅为常规工艺的1/ 3。因此,MBR工艺还可节 约深度处理的过滤、 消毒和污泥消化所需的费用。 3 MBR工艺用于城市污水处理的经济分析 311 固定投资分析 以规模为5 000 m3/ d的中等浓度的城市污水 为例进行模拟设计,采用MBR工艺进行处理,出水
9、达到中水回用的水质要求。总投资包括从进水格栅 到生物反应器单元的土建、 管线、 设备和膜组件的购 置费等。若采用进口膜组件,固定投资约为2 800 万元人民币,其中膜组件的购置费占60 %;若采用 国产膜组件,固定投资约为1 760万元人民币,其中 膜组件的购置费占40 % ,相当于每处理1m3的城市 污水需要约3 520元人民币的固定投资6。这和采 用接触氧化法为主处理单元的中水回用工艺的固定 投资相当,但MBR工艺的出水水质明显优于生物 接触氧化法。 312 运行成本分析 MBR工艺回用城市污水的运行成本主要由电费、 药剂费、 人工费等三部分组成。其中药剂费主要指膜 组件化学清洗所消耗药剂
10、的费用。由于投加量较小, 加之经简单处理后可重复使用,因此药剂费可以忽略 不计。同时由于MBR工艺自动化程度高,人工费也较 少。 所以电费在运行成本的三个主要组成部分中是最 主要的。按工业用电015元/ (kW h) 计算,MBR回用 城市污水的运行成本约1118元/ m3。目前北京市宾 馆、 写字楼等场所的自来水费为210元/ m3,超过用水 指标的部分还要加倍收费。显然,MBR工艺的出水回 用到宾馆、 写字楼等处是经济可行的。 4 MBR工艺用于中水回用工程的经济分析 MBR工艺具有出水水质良好、 运行管理简单、 占 地面积小等优点,是污水回用的适用技术。与传统的 中水处理工艺(二级生物处
11、理加混凝、 沉淀和过滤)相 比,其基建费较低,运行费用相当,具体比较见表27。 表2 一体式MBR工艺与传统中水处理工艺的比较 项 目MBR工艺传统中水处理工艺 基 建 费较低稍高 运行费相当相当 出水水质稳定优质,符合中水回用标准水质稍差 维护管理易管理,容易实现自动化不易管理,需防止污泥膨胀 可改造性易从传统活性污泥法改造,易扩建不易改造和扩建 适用性高低浓度废水皆适用高浓度废水需稀释后处理 10 给水排水 Vol127 No16 2001 对一个规模为806 m3/ d的居住区污水回用工 程分别采用厌氧好氧絮凝沉淀过滤消毒 工艺(以下简称工艺 1) 和中空膜生物反应器工艺 (以下简称工艺
12、 2) 进行了初步设计,同时依照有关 手册进行经济分析和比较8,结果见表39。就出 水水质而言,工艺2出水的浊度、SS、COD和NH3- N优于工艺1 ,且出水NO - 3- N含量小于工艺1。 表3 两种污水处理工艺的经济比较 项 目工艺1工艺2 总基建投资/万元18712847102 主要构筑物的基建投资/万元11016839172 主要设备、 材料的基建投资/万元7616071303 单位处理水量的基建投资/元/ (m3 d) 2 325 583 单位处理水量的电耗/ kWh/ m3 0163101988 单位处理水量的运行费用/元/ m3 11081150 注:3 膜的费用计入运行费用
13、。 根据以上分析可以看出,工艺1的总基建投资 是工艺2的3198倍。由于目前国产膜组件的成本 较高且工作寿命较短,更换膜组件的费用约占运行 费用的50 %。如果膜组件的费用能降低20 % ,工艺 2的运行费用与工艺1基本持平。 5 MBR工艺用于高浓度生活污水处理的经济分析 表4给出了日本处理规模为100 m3/ d的MBR 高效脱氮工艺处理高浓度生活污水的投资和运行费 用同其它处理工艺的比较情况10。 超滤膜高效脱 表4 日本的高浓度生活污水几种脱氮处理 系统的经济分析 项 目MBR系统重力分离系统常规脱氮系统 基建 投资 /千日元 / m3 土建工程费 设备费 管线费 电费 附属建设费 维
14、修费 工程服务费 管理费 合计 950 000 1 200 000 130 000 285 000 200 000 28 000 110 000 277 000 3 180 000 950 000 1 150 000 125 000 280 000 200 000 27 000 108 000 270 000 3 110 000 1 030 000 1 100 000 155 000 290 000 250 000 28 000 113 000 284 000 3 250 000 运行费 /日元/ m3 电费 药剂费 油费 合计 800 1 400 290 2 530 760 1 450 29
15、0 2 590 1 000 1 450 290 2 740 操作人员/人677 氮MBR组合工艺的基建投资和运行费用低于或相 当于常规生物脱氮污水厂的费用,且MBR工艺运 行稳定,出水水质好,所需操作人员少。另外,MBR 工艺占地少,固液分离的占地面积仅为重力沉淀池 的1/ 20。 6 结语 MBR工艺具有污染物去除率高、 出水水质好、 流程简单、 结构紧凑、 并能大幅度去除细菌和病毒等 许多常规工艺无法比拟的优势。目前,国内外对 MBR污水处理工艺的研究非常活跃,说明这一技术 具有强大的生命力。随着膜制造技术的进步,膜质 量的提高和成本的降低,膜生物反应器在污水处理 与回用事业中所起的作用必
16、将越来越大,并具有非 常广阔的应用前景。 参考文献 1 Visvanathan C ,et al. Application of air backflushing technique in membrane bioreactor. Wat Sci Tech 1997 ,36(12) :259266 2 Gnder P , et al. Replacement of secondary clarification by membrane separationresults with plate and hollow fiber modules. Wat Sci Tech , 1998 ,38(4/ 5) :383393 3 C otP , et al. Immersed membranes activated sludge process applied to the treatment of municipal wastewater. Wat Sci
