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      澳门永利-厌氧膜生物反应器(AnMBRs)能实现污水厂碳平衡?美西联合团队用LCA分析成功关键何在

      文章来源: 澳门永利402官方网站-国际娱乐场发表时间:2018-03-15 09:04:17

      由于好氧曝气工艺能耗巨大,厌氧工艺在污水处理中收到了越来越多的关注。除了近来的探讨热点主流厌氧氨氧化,厌氧膜生物反应器(AnMBRs)也吸引了不少公司企业和研究机构的关注,并对其进行了不同程度的工程应用尝试。 

      厌氧膜生物反应器AnMBRs的英文全称为Anaerobic Membrane Bioreactors。该工艺结合了厌氧消化和膜技术,在实现优质出水的同时,回收了污水里的能量。AnMBRs不合适于处理低浓度污水水,而是适合处理高浓度污水。一般说来,需要的进水COD不低于5000 mg/L,流量不低于100m3/天。同时,AnMBR也可处理高盐度或者高脂肪污水,如来自乳制品厂、啤酒厂、肉类加工厂、食品加工厂和生物燃料厂的工业污水。


      GE公司开发的 AnMBR工艺流程  © GE

      理论上,AnMBRs工艺克服了污水处理实现真正意义可持续发展所面临的几大技术障碍,能实现无好氧曝气,污泥量少、能量回收等。不少知名工程公司也已经在世界各地进行工程应用,其中包括了GE、Pentair、威立雅等行业巨头。


      Veolia Biothane曾于 Pentair X-Flow共同研发的Memthane工艺,一种外置式AnMBR。上图显示了Memthane工艺在丹麦著名乳制品公司Arla位于英国的一座牛奶厂的运行情况。该乳品厂年产牛奶10亿升,是欧洲第一个AnMBR污水处理系统。系统于2013年投入运行,出水质量很高,COD去除率高达99.5%((有些文献显示,传统厌氧反应器只能达到80%)沼气转化率可达99%,产生的甲烷满足了牛奶厂10%的能量需求,据说这个位于英国的Arla工厂是世界上第一个实现碳平衡的乳品厂。 

      经过10余年的发展,在美国、欧洲和南非已有10多个污水厂采用Memthane技术。 业内人士介绍,Memthane目前已经发展到第二代,膜污染得到了很好的控制,主要有以下三个关键改进点:

      ➔ 更好的预处理;

      X-Flow改用垂直管式膜系统,有别于第一代的水平系统,垂直系统更便于操作以控制膜污染;

      X-Flow螺旋结构通量增强技术(Helix),让其设计通量提高一倍,进一步降低AnMBRs的安装和运行费用。 

      Memthane的工艺流程简图  © Veolia and Pentair

      从上述个案来看,AnMBRs的产能水平和能效表现都是很突出的。但总的来说AnMBRs工艺缺乏更多的实际工程运行数据,其运行表现还有许多的不确定性,普遍存在的膜污染也阻碍了它的进一步发展和普及。

      AnMBRs的生命周期分析研究

      如果要提高AnMBRs工艺的表现,哪些设计和运行参数是关键的呢?对于这个问题,美国的伊利诺伊大学香槟分校和西班牙的瓦伦西亚理工大学的四位科学家尝试用生命周期分析(LCA)的可量化方法来阐述细部设计和运行参数是如何影响整个浸入式AnMBRs系统在其完整生命周期的技术、环境和经济可持续性。

      他们的研究包括以下参数:

      • 固体停留时间(SRT)

      • 混合液悬浮固体浓度(MLSS)

      • 污泥回流率(r)

      • 膜通量(J)

      • 单位膜面积的需气量 (SGD) 

      同时,甲烷产量、产率、营养物回收、和污泥的最终去向(土地利用、填埋或焚烧)等情况也是研究人员的评估对象。

      研究团队运用量化可持续设计框架(QSD)来对上述因素进行分析。QSD设计框架整合了三种分析方法:a) 考虑了季节温度变化的静态运行模型(数据来自中试实验和DESASS软件的模拟),b) LCC生命周期成本分析 和 c) 生命周期评估LCA。通过分析发现,在某些设计和运行条件下,浸入式AnMBRs是可以实现能量自给甚至是盈余产能的。研究团队的研究报告中的AnMBRs指的是浸入式(submerged)的工艺,但是并没有明确指明是内置浸入式还是外置浸入式。为此,我们找到了内置和外置两种形式的工艺流程图供读者参考。


      

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