大家好，我今天下午介紹的主題是基于膜法的污水廠升級改造方案，主要跟大家分享兩個技術：第一個是MABR技術，第二個是MBR技術以及升級版的MACmbr技術。首先從能量平衡角度而言，污水處理廠可以看如何實現整體全廠能量平衡自給自足，這是典型能量平衡的污水處理廠四個單元，預處理采用LEAPprimary可代替傳統的初沉池和超細格柵（1mm膜格柵），通過物化方式將有機物和懸浮物進行一定去除，以減輕后續生化處理的負荷以及更有效地保護膜系統。關于生化處理有低能耗MBR技術和強化去除營養物的MABR技術。污泥處置可采用Monsal高級厭氧消化技術，不同于目前市場常見的熱水解的厭氧硝化技術，我們的技術是生物酶水解的中溫厭氧硝化技術。最后一個單元就是高效沼氣發電，利用厭氧消化產生的甲烷發電實現熱電聯產和能量回收。
接下來看MABR。MABR英文全稱是Membrane Aerated Biofilm Reactor，直接翻譯很多人會理解成“膜曝氣生物膜反應器”，但我們認為這并不能完全表達這個技術本身，所以我們把MABR稱為“膜傳氧生物膜反應器”。為什么這樣說呢？我們的MABR產品的商標是ZeeLung，英文Lung是肺的意思，意味著我們用膜來進行傳氧。這實際上是用高效的氧氣擴散膜來實現氧的傳遞，即是一個無泡曝氣過程。通過中空纖維膜傳氧，然后在中空纖維膜上再長生物膜實現好氧生物處理。這與傳統的生物膜工藝是完全不同的：左邊傳統生物膜介質上面長生物膜。氧氣和水中有機物和營養物質從外進入到生物膜，從而存在異養菌和自養菌競爭的問題，整個生物膜單元是好氧環境。而在MABR工藝的生物膜中，氧氣和水中有機物、營養物質是對向傳質的，所以MABR的生物膜實際是一個硝化生物膜，即異養菌和自養菌不會產生沖突，這樣比較容易在整個生物膜界面上更好地進行硝化，而在外面混合液中進行反硝化，實現同步硝化反硝化。這實際上是兩種不同意義上的生物膜工藝技術。
MABR技術可與現有的活性污泥法技術相結合，我們可以把ZeeLung* MABR膜箱直接放在現有生化池缺氧池里面。如果沒有缺氧池，可在好氧池前端加一隔斷改造成缺氧池。簡單來說在這個ZeeLung膜上是好氧硝化反應，而外部缺氧池內部是反硝化反應，即同步消化反硝化，可減小硝化液內回流比例。
關于充氧動力效率，ZeeLung也遠遠高于傳統的表曝和微孔曝氣，典型ZeeLung可以做到微孔曝氣的四倍效果。同時由于ZeeLung的傳氧是從膜孔直接到生物膜界面，不存在傳統意義上的清水/污泥曝氣效率問題.整體來說ZeeLung理論效率可以是百分之百,所以基于這一點可以獲得高效的氧氣利用率，換句話說也就是降低了整體的運行電耗。針對A2O工藝來說，我們只需要將ZeeLung放在缺氧池，強化硝化和反硝化作用，后續的好氧生化池容積將會有30%到50%的處理水量余量。所以在現有占地不需要增加和傳統二沉池的回流比保持不變的條件下，通過MABR可以提高水質同時提高水量。
拿一個實際的案子來分享：這個案子原來只有好氧池，但是需要增加30%的處理水量，同時需要去除總氮。對于傳統活性污泥法（AO）工藝而言，需要新建第四個生化池，同時做缺氧/好氧功能分區，增加鼓風機和微孔曝氣頭。而大家熟悉的MBBR或IFAS技術，需要投加填料，同時將微孔曝氣頭更換為中孔曝氣頭，且新增鼓風機滿足曝氣要求，整體處理能耗增加。如果采用MABR技術將會更簡單些，只需要在現有生化池前端安裝ZeeLung*膜箱，不用增加額外風機，即可提高水量和水質。
分享一個實際工程，這個項目一期先用了GE的MBR技術升級了現有的一半活性污泥法系統，處理規模為8000噸/天。剩下一半傳統活性污泥法只有好氧，但是全廠總氮要做到65%去除，怎么辦？考慮到全廠的能耗節省，后來選擇采用MABR技術，剩下一半升級成AO工藝。最后MBR跟MABR出水勾兌實現全廠65%的總氮去除。
ZeeLung*膜傳氧生物膜反應器，針對升級改造而言有它獨特的地方，在不增加占地情況下提高水質和處理規模，同時降低能耗。相對目前市面上一些典型升級改造技術有它的獨特優勢。希望通過這個介紹給大家升級改造提供新的思路和工藝選擇。
接下來我們談談MBR。作為全球MBR技術的領導者，截止2015年底累計MBR水量超過1200萬噸/天。同時我們持續創新，尤其在降低能耗和強化MBR處理性能上，例如2011年推出的LEAPmbr技術，采用獨特脈沖膜擦洗技術，在能耗上比我們的序批式膜擦洗技術可以節省30%，典型LEAPmbr膜系統能耗可以做到噸水0.06度電，可以說是MBR行業內最低能耗的MBR膜系統。
談到污水廠升級改造，我們可以用MBR升級改造現有的傳統二沉池，例如瑞典斯德哥爾摩的Henriksdal污水廠（86.5萬噸/天），也可以新建膜池而改造現有生化池功能分區，例如深圳羅芳污水廠40萬噸/天升級改造項目(將25萬噸氧化溝升級成40萬噸MBR)。
接下來想談一下超凈排放或回用的升級改造。典型MBR本身可以說把生化處理發揮到極致，對于市政污水廠而言做到準IV類（總氮小于10mg/l）不是問題。但是要進一步把COD、總氮和總磷降到更高標準（準III或準II）：COD<15-20mg/l、TN<3-5mg/l、TP<0.1-0.2mg/l,那么需要采用強化脫氮除磷(ENR)的MBR工藝。尤其是針對難降解COD,雖然也有采用MBR+RO或臭氧/BAC等工藝，但存在投資/運行成本高，且RO濃水處置問題。所以我推薦一種強化COD去除的MACmbr技術，其原理就是在我們的MBR生化池中投加專利MAC（Membrane Accommodating Carrier）載體，這種載體具有巨大的微生物友好型表面積，能快速形成大量高密度、強活性、耐毒性的生物膜，通過吸附并富集生化池中殘余的難降解有機組分再進行生物降解而使MAC載體表面再生，這樣不斷進行吸附、預富集和降解的過程來實現強化COD的去除。
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這種短流程工藝，實現MAC載體與MBR的完美耦合，實現1+1+1>3。MACmbr關鍵在于GE MBR采用的獨特的MAC載體特性、加強型ZeeWeed超濾膜、專利的曝氣及清洗工藝，在投加MAC載體的同時，不犧牲MBR通量和壽命等性能。相比其他的競爭工藝，在固定投資和運營成本上都更有優勢。在典型ZeeWeed MBR系統上增加MAC投加系統，系統生化調試時投加設定的劑量，在后續的運行中會根據污泥齡（SRT）和來水COD 的波動來調整補充的MAC投加量。在典型市政MBR系統中， MBR出水COD會小于30mg/l，且基本在20-30波動，所以要達到準III類或準II類水質要求，MAC的日常投加量將是一個靈活的操作值，這有利于運行成本的最小化。而對于含有工業廢水的城鎮污水廠，要達到I級A或準IV類水質要求，也可采用MACmbr實現這一目標。
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隨著水環境質量目標管理和水生態文明建設的推行和區域水環境改善的迫切需求，如何實現在能量平衡下的超凈排放工藝和技術，尤其是膜法解決方案：MABR、MBR和MACmbr需要進行全面思考。根據對ZeeLung*膜傳氧生物膜反應器和強化有機物去除的MACmbr技術的剖析，我提出以下污水廠升級改造的工藝組合和優化方向考慮與建議：
- 全流程下的節能降耗和能量回收
- 全流程下的污染物協同去除效應
- 對水溫波動/占地局限性的適應性
- 設計負荷和實際運行負荷的不同
- 對難降解有機物的強化去除（特別是含有工業廢水）
- 對營養物（TN/TP）的高效ENR去除
- 系統生命周期成本的最小化
對于“膜”法生物處理，我們可以選擇MBR或者生物膜工藝。結合具體的污水廠升級改造實際情況，強化脫氮除磷的MACmbr和簡單低能耗的ZeeLung*MABR將是適用于不同需求的最佳工藝選擇。
