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大家好，我今天下午介绍的主题是基于膜法的污水厂升级改造方案，主要跟大家分享两个技术：第一个是MABR技术，第二个是MBR技术以及升级版的MACmbr技术。首先从能量平衡角度而言，污水处理厂可以看如何实现整体全厂能量平衡自给自足，这是典型能量平衡的污水处理厂四个单元，预处理采用LEAPprimary可代替传统的初沉池和超细格栅（1mm膜格栅），通过物化方式将有机物和悬浮物进行一定去除，以减轻后续生化处理的负荷以及更有效地保护膜系统。关于生化处理有低能耗MBR技术和强化去除营养物的MABR技术。污泥处置可采用Monsal高级厌氧消化技术，不同于目前市场常见的热水解的厌氧硝化技术，我们的技术是生物酶水解的中温厌氧硝化技术。最后一个单元就是高效沼气发电，利用厌氧消化产生的甲烷发电实现热电联产和能量回收。
接下来看MABR。MABR英文全称是Membrane Aerated Biofilm Reactor，直接翻译很多人会理解成“膜曝气生物膜反应器”，但我们认为这并不能完全表达这个技术本身，所以我们把MABR称为“膜传氧生物膜反应器”。为什么这样说呢？我们的MABR产品的商标是ZeeLung，英文Lung是肺的意思，意味着我们用膜来进行传氧。这实际上是用高效的氧气扩散膜来实现氧的传递，即是一个无泡曝气过程。通过中空纤维膜传氧，然后在中空纤维膜上再长生物膜实现好氧生物处理。这与传统的生物膜工艺是完全不同的：左边传统生物膜介质上面长生物膜。氧气和水中有机物和营养物质从外进入到生物膜，从而存在异养菌和自养菌竞争的问题，整个生物膜单元是好氧环境。而在MABR工艺的生物膜中，氧气和水中有机物、营养物质是对向传质的，所以MABR的生物膜实际是一个硝化生物膜，即异养菌和自养菌不会产生冲突，这样比较容易在整个生物膜界面上更好地进行硝化，而在外面混合液中进行反硝化，实现同步硝化反硝化。这实际上是两种不同意义上的生物膜工艺技术。
MABR技术可与现有的活性污泥法技术相结合，我们可以把ZeeLung* MABR膜箱直接放在现有生化池缺氧池里面。如果没有缺氧池，可在好氧池前端加一隔断改造成缺氧池。简单来说在这个ZeeLung膜上是好氧硝化反应，而外部缺氧池内部是反硝化反应，即同步消化反硝化，可减小硝化液内回流比例。
关于充氧动力效率，ZeeLung也远远高于传统的表曝和微孔曝气，典型ZeeLung可以做到微孔曝气的四倍效果。同时由于ZeeLung的传氧是从膜孔直接到生物膜界面，不存在传统意义上的清水/污泥曝气效率问题.整体来说ZeeLung理论效率可以是百分之百,所以基于这一点可以获得高效的氧气利用率，换句话说也就是降低了整体的运行电耗。针对A2O工艺来说，我们只需要将ZeeLung放在缺氧池，强化硝化和反硝化作用，后续的好氧生化池容积将会有30%到50%的处理水量余量。所以在现有占地不需要增加和传统二沉池的回流比保持不变的条件下，通过MABR可以提高水质同时提高水量。
拿一个实际的案子来分享：这个案子原来只有好氧池，但是需要增加30%的处理水量，同时需要去除总氮。对于传统活性污泥法（AO）工艺而言，需要新建第四个生化池，同时做缺氧/好氧功能分区，增加鼓风机和微孔曝气头。而大家熟悉的MBBR或IFAS技术，需要投加填料，同时将微孔曝气头更换为中孔曝气头，且新增鼓风机满足曝气要求，整体处理能耗增加。如果采用MABR技术将会更简单些，只需要在现有生化池前端安装ZeeLung*膜箱，不用增加额外风机，即可提高水量和水质。
分享一个实际工程，这个项目一期先用了GE的MBR技术升级了现有的一半活性污泥法系统，处理规模为8000吨/天。剩下一半传统活性污泥法只有好氧，但是全厂总氮要做到65%去除，怎么办？考虑到全厂的能耗节省，后来选择采用MABR技术，剩下一半升级成AO工艺。最后MBR跟MABR出水勾兑实现全厂65%的总氮去除。
ZeeLung*膜传氧生物膜反应器，针对升级改造而言有它独特的地方，在不增加占地情况下提高水质和处理规模，同时降低能耗。相对目前市面上一些典型升级改造技术有它的独特优势。希望通过这个介绍给大家升级改造提供新的思路和工艺选择。
接下来我们谈谈MBR。作为全球MBR技术的领导者，截止2015年底累计MBR水量超过1200万吨/天。同时我们持续创新，尤其在降低能耗和强化MBR处理性能上，例如2011年推出的LEAPmbr技术，采用独特脉冲膜擦洗技术，在能耗上比我们的序批式膜擦洗技术可以节省30%，典型LEAPmbr膜系统能耗可以做到吨水0.06度电，可以说是MBR行业内最低能耗的MBR膜系统。
谈到污水厂升级改造，我们可以用MBR升级改造现有的传统二沉池，例如瑞典斯德哥尔摩的Henriksdal污水厂（86.5万吨/天），也可以新建膜池而改造现有生化池功能分区，例如深圳罗芳污水厂40万吨/天升级改造项目(将25万吨氧化沟升级成40万吨MBR)。
接下来想谈一下超净排放或回用的升级改造。典型MBR本身可以说把生化处理发挥到极致，对于市政污水厂而言做到准IV类（总氮小于10mg/l）不是问题。但是要进一步把COD、总氮和总磷降到更高标准（准III或准II）：COD<15-20mg/l、TN<3-5mg/l、TP<0.1-0.2mg/l,那么需要采用强化脱氮除磷(ENR)的MBR工艺。尤其是针对难降解COD,虽然也有采用MBR+RO或臭氧/BAC等工艺，但存在投资/运行成本高，且RO浓水处置问题。所以我推荐一种强化COD去除的MACmbr技术，其原理就是在我们的MBR生化池中投加专利MAC（Membrane Accommodating Carrier）载体，这种载体具有巨大的微生物友好型表面积，能快速形成大量高密度、强活性、耐毒性的生物膜，通过吸附并富集生化池中残余的难降解有机组分再进行生物降解而使MAC载体表面再生，这样不断进行吸附、预富集和降解的过程来实现强化COD的去除。
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这种短流程工艺，实现MAC载体与MBR的完美耦合，实现1+1+1>3。MACmbr关键在于GE MBR采用的独特的MAC载体特性、加强型ZeeWeed超滤膜、专利的曝气及清洗工艺，在投加MAC载体的同时，不牺牲MBR通量和寿命等性能。相比其他的竞争工艺，在固定投资和运营成本上都更有优势。在典型ZeeWeed MBR系统上增加MAC投加系统，系统生化调试时投加设定的剂量，在后续的运行中会根据污泥龄（SRT）和来水COD 的波动来调整补充的MAC投加量。在典型市政MBR系统中， MBR出水COD会小于30mg/l，且基本在20-30波动，所以要达到准III类或准II类水质要求，MAC的日常投加量将是一个灵活的操作值，这有利于运行成本的最小化。而对于含有工业废水的城镇污水厂，要达到I级A或准IV类水质要求，也可采用MACmbr实现这一目标。
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随着水环境质量目标管理和水生态文明建设的推行和区域水环境改善的迫切需求，如何实现在能量平衡下的超净排放工艺和技术，尤其是膜法解决方案：MABR、MBR和MACmbr需要进行全面思考。根据对ZeeLung*膜传氧生物膜反应器和强化有机物去除的MACmbr技术的剖析，我提出以下污水厂升级改造的工艺组合和优化方向考虑与建议：
- 全流程下的节能降耗和能量回收
- 全流程下的污染物协同去除效应
- 对水温波动/占地局限性的适应性
- 设计负荷和实际运行负荷的不同
- 对难降解有机物的强化去除（特别是含有工业废水）
- 对营养物（TN/TP）的高效ENR去除
- 系统生命周期成本的最小化
对于“膜”法生物处理，我们可以选择MBR或者生物膜工艺。结合具体的污水厂升级改造实际情况，强化脱氮除磷的MACmbr和简单低能耗的ZeeLung*MABR将是适用于不同需求的最佳工艺选择。
