MBR与MBBR+磁混凝技术路线比较与工程实践

在污水厂升级改造大潮中， MBR、MBBR+磁混凝是两种比较受关注的技术路线。两种路线均能实现生物处理能力翻倍，且与水厂现况工艺契合度高，均属占地集约型工艺。作者对两种工艺做了全方位比较，结论如下：

►MBR与MBBR+磁混凝路线均可属集约型工艺，占地省，可满足国内污水厂升级改造、扩容或新建需求，生物池处理能力可提高100%。

►对于升级改造项目和扩容项目，MBBR路线更优。 对于新建项目，MBR路线与MBBR路线选择需根据对占地的紧缺程度判定：当占地要求<400m2/万吨时，MBR工艺可满足要求；当占地要求≥400m2/万吨时，优先推荐MBBR+磁混凝路线。

►当设计出水水质需达到准Ⅳ类水质时，MBBR路线可增加高精度滤池强化SS处理效果。

►MBBR+磁混凝路线，投资和运行费用省，在工程实践中表现出较好的效果。

近年来，国家对于水环境的要求日益严格，污水处理厂出水标准不断提升，现阶段的新（改、扩）建污水厂均需达到一级A标准（GB18918-2002），部分地区需要达到准Ⅳ类水质标准。国内改造中，膜生物反应器(MBR)、移动床生物膜工艺(MBBR)、磁混凝等集约型工艺，逐步受到关注，并得以广泛的应用，均获得了良好的工程实践效果。对MBR、MBBR+磁混凝（简称MBBR路线）两工艺路线，从提标潜能、工艺占地、与现况工艺契合度、投资、运行成本等方面进行对比，分析两种技术改造路线的适用场景，为国内污水厂提标改造技术路线选择提供参考。

1 MBR与MBBR路线概述

MBR，通过膜过滤实现泥水分离，可在生化池内富集更高污泥浓度，强化处理效果；且膜工艺可有效满足高排放标准对于SS的要求，若生化指标（有机物、TN、TP、氨氮等）达到标准，出水消毒即可排放，属于集成度较高的工艺。为保护膜组件，对预处理要求严格，需设置超细格栅、沉砂池等；动力出水，若进水超过设计流量极限只能原水排放；膜冲洗曝气高、回流比大、药剂使用量大，是典型的高能耗、高药耗工艺。

MBBR，通过向反应器内投加悬浮载体，强化生化处理效果，可实现原位改造、原位提标；但MBBR属于生化强化技术，对于SS、TP无法实现最终出水保障，需要匹配其他深度处理工艺；磁混凝，通过对混凝阶段加载磁粉，强化混凝沉淀效果，保障SS及TP处理效果，能够与MBBR联合互补，形成集约型占地的工艺组合。

2 MBR与MBBR路线技术比较

2.1生物池提标潜能比较

受二沉池运行效果及处理能力的影响，一般生物池设计污泥浓度在3-4g/L，本部分比较按照原生物池设计平均污泥浓度3g/L进行计算，f=0.7，即2.1gVSS/L。由于生物反应受温度及水质影响较大，不同地区进水水质及温度存在明显差异，本部分比较通过能够增加的最大等效生物量进行比较，不讨论其他因素。

MBR膜生物反应器是一种将高效的膜分离技术与传统活性污泥法相结合的污水处理工艺，它以共同结构浸没式膜组件置于曝气池中，经过好氧曝气与生物处理后的水，由泵经过滤膜过滤后以抽出。它与传统污水处理方法大的差异在于替代了传统生化工艺中的二沉池和三级处理工艺。根据膜的形式不同，MBR又分为平板膜和中空纤维膜，由于中空纤维膜较平板膜堆积密度更高，且应用更为广泛，采用中空纤维膜MBR进行分析。现阶段，一般运行良好的MBR生物池，最大污泥浓度为8g/L，f=0.5，即提标后，其最大生物为4gVSS/L，是提标前的1.90倍。

MBBR为泥膜复合工艺，其生物量由两部分组成，即池内的活性污泥和填料表面的料上污泥。MBBR并非两者简单的叠加，二者会相互影响。当系统加入填料后，生物膜会对活性污泥的处理能力产生一定的影响，按照改造前处理能力的80%计算，取f=0.7，即活性污泥项的等效污泥浓度为1.68g/L；而生物膜等效污泥浓度，按照填料挂膜量12g/m2计算，填料有效比表面积取800m2/m3，填充率为30%（全池计，相当于好氧区HRT占50%且好氧区填充率60%，MBBR最大允许填充率为67%，已有工程中最大为62%），f=0.9，则生物膜上生物量等效污泥浓度为2.59g/L，即MBBR工艺总生物量为4.27gVSS/L，提标后，最大生物量是提标前的2.03倍。

经比较可知，从生物量的角度，MBR与MBBR对生物池进行提标的最大能力是基本一致的，有效生物量MBBR略高。MBR可提高运行污泥浓度，MBBR可增加悬浮载体投加量提高生物量。仅生化段（不包括膜池或二沉池），两种工艺均可实现处理能力翻倍，不论是从一级B向一级A提标，甚至直接提标至准IV，均能够满足处理要求。

2.2 与现况工艺契合度

1）预处理，现阶段我国的一般污水厂预处理段采用两级格栅，即粗格栅和细格栅，对应栅条间距多为15-20mm，6-10mm，由于MBR工艺膜丝较细，为延缓堵塞，要求进水前增加一道1-2mm的精细格栅（膜格栅）；而MBBR防止堵塞的机制在于填料和筛网之间水力学的良好设计，而非通过强化进水拦截；但新增膜格栅占地很小，一般污水厂均可以解决。

2）生物处理，现况工艺为SBR类工艺时，对于MBR路线，可扩建膜池，实现SBR转连续流运行；现况工艺为连续流工艺时，对于MBR路线，一般新建膜池，原有沉淀池废弃或做他用。而对于MBBR路线，其镶嵌式改造的特点，与两类工艺均能较好嵌合，且合理利用已有构筑物和工艺。

3）曝气系统，由于生物量的增加，一般情况下，两工艺路线均需对曝气系统进行改造，均需要采用底部曝气。

4）加药系统，两工艺路线对于加药系统均无明显影响，磁混凝部分需增加的PAM及磁粉投加系统可设置于磁混凝澄清池上部，无需改变原有加药系统及新增用地。

5）污泥系统，由于处理能力的提升，剩余污泥量及化学污泥量均有一定程度的提高，两工艺路线均需对污泥系统进行扩容。根据规范，一般的A2O污泥龄为10~20d，MBR污泥龄15～30d，即MBR污泥龄是改造前的1.5倍，而MBR反应池污泥量是改造前的2倍，故改造后剩余污泥量是改造前的133%，化学污泥量因除磷量的增加有略微上升；而对于MBBR路线，其等效污泥量为改造前的2倍，等效污泥龄约为改造前的1.7倍，故改造后剩余污泥总量为改造前的120%，化学污泥量与MBR工艺基本一致。

综上，两工艺路线对于现况工艺的契合度均较高，能够在最小的改动下实现污水厂的提标。

2.3 工艺占地

对于升级改造，两种路线均无需扩建生化池，但均涉及新增占地。MBR路线，其主要的新增工艺占地为膜池及设备间；MBBR路线，其主要的新增工艺占地为磁混凝澄清池。两种路线升级改造的典型案例数据比较如表1所示。MBR部分，设计时除了考虑变化系数外，要考虑膜通量下降对于膜组件的补充，设计时一般预留10-20%，同时，尽管膜通量各异，但随着规模的增大，吨水占地指标将减小，MBR工艺污水厂的新增占地在280-450m2/万吨。磁混凝澄清池工艺占地受表面负荷影响，一般可取20-40m3/m2/h，万吨水占地在60-100m2/万吨，远小于MBR的占地，仅为其1/3以下。比较C和E污水厂，MBR新增占地287m2/万吨，MBBR+磁混凝新增占地71.2m2/万吨，后者仅为前者的24.8%，此时MBBR+磁混凝路线占地更优。

表1MBR、MBBR+磁混凝对比

对于新建，相比于传统工艺，MBBR或MBR均可将生化池占地缩小50%。但MBBR需要新增沉淀池，考虑周进周出矩形二沉池表面负荷较高且占地利用率高，一般可取0.8-1.2m3/m2/h，沉淀池和深度处理的占地仍需400-600m2/万吨。此时需根据占地要求选择，当占地要求<400m2/万吨时，MBR工艺可满足要求，当占地要求≥400m2/万吨时，优先推荐MBBR+磁混凝路线。

对于原生化池提量，两种路线均能实现生化池处理能力提升100%。当提量100%、处理能力翻倍时，MBBR路线需扩建一半规模二沉池，新增占地在230-360m2/万吨，小于MBR路线占地。

当设计出水水质需达到准Ⅳ类水质时，两路线的核心关键差别在于SS。MBR可实现出水SS<5mg/L，而目前尚无磁混凝出水SS稳定达到5mg/L以下的报道，需要在此技术上新增过滤单元。过滤单元可采用高精度纤维转盘滤池，高精度滤布当量孔径为5微米，其设计滤速应控制在7m3/m2/h以内，其万吨水占地在50m2/万吨以下，吨水投资在50-100元/t，运行费用小于0.05元/t。

具体到工程项目中，因各水厂仍存在具体情况的差异，如现况沉淀池是否需改造或扩建、已有深度处理工艺流程及运行情况等，均可能对两种路线的占地需求产生影响，选择时仍需要结合具体项目具体分析。

3 MBR与MBBR路线投资运行比较

3.1投资对比

对于污水处理厂，投资与工艺路线的选择息息相关，需要在满足出水水质要求的情况下，尽量降低投资及运行成本。

MBR投资主要由设备费和土建费用组成，其中，设备费占较大比重，一般在60%以上，伴随着MBR技术的研发日益成熟，MBR设备费近年来显著降低，从原来的吨水投资3000元以上，下降到现在的600-1000元，未来有望进一步降低，这也是这几年国内能够大规模应用MBR的关键；土建费用受污水厂形式（全地下、半地下、地上式）、场地条件影响较大，无法统一衡量，对于地上式污水厂，土建费用一般在设备费用的1/3左右。

因MBBR部分无土建变动，其投资全部为设备费用，受设计水质影响较大，一般吨水投资在200-500元/t；而磁混凝吨水设备投资在150-250元/t，由于工艺负荷较高，土建占地面积小，其土建投资一般在100元/t以下，路线整体投资在350-750元/t。同MBR路线相比，MBBR路线在投资上具有较大优势。

3.2 运行成本

表1中比较运行成本，仅比较运行成本的差异项，非全部运行成本。无论是采用MBR工艺，还是MBBR工艺，其运行成本主要由以下几部分组成：药剂费、电费和易耗品折旧费用（MBR为膜、MBBR为填料）。由于两种工艺的生物池部分曝气量、设备功率基本一致，且除磷加药量相当，因此该部分费用不计入比较。即药剂费的对比仅对比除磷药剂外的其他药剂，电费的对比仅对比MBR工艺设备及磁混凝工艺设备的电度电费，由于全厂变压器容量不同带来的基本电费差异不计入比较。

通过对几个实际污水厂运行数据分析，MBR工艺的吨水电费及吨水折合膜更换费用（按照使用年限5年计算）均在0.2元以上，药剂费用在0.01元左右，MBR工艺的平均运行成本在0.5元以上；对于MBBR工艺路线，仅计算其填料折旧费用，按照使用年限10年计算，其吨水成本在0.1元以下；而磁混凝工艺的吨水药剂费用在0.02元左右，吨水电费在0.02元左右，因此，MBBR+磁混凝其总运行费用在0.2元以下。MBBR+磁混凝工艺路线在运行费用上较MBR工艺具有较大的优势。

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