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摘要：水是维系经济和生态系统的重要因素，中国是一个水资源匮乏的国家，水资源人均占有量仅为世界的四分之一。火电厂作为用水大户，利用城市中水作为补给水源，不仅可以解决电厂用水需求，而且可减少废水的排放。膜生物反应器（MBR）作为一种高效中水生物处理工艺，融合了传统的生物处理技术的生物降解功能和膜分离技术的高效分离功能，具有对中水污染物生化率高、出水水质稳定、占地面积少等显著优点。以中水为水源，利用膜生物反应器作为给水预处理工艺，能带来良好的社会和经济效益。
关键词：火电厂补给水、中水回用、膜生物反应器（MBR）
一、现状背景
水是生命之源，是人们进行经济活动不可或缺的自然资源，是实现可持续发展的重要制约因素。城市中人们的生活和工作产生大量的废水，废水处理需要大量的资金投入建立污水处理厂，并且处理废水时又会发生很大的运行费用，因此目前大部分城市的废水不作处理或只做简单处理后排放。因此这部分废水作为火电厂补给水处理水源，既可以解决电厂用水需求，又可减少废水的排放，使得新建电厂审批时在用水方面得以加分。
中水一词起源于日本, 因为水质介于上水和下水之间而得名, 所谓中水是把生活污水和工业废水经过处理, 达到国家规定的中水水质标准, 可在一定范围内重复使用的非饮用水, 将污水处理为中水并加以使用的过程就是中水回用。
火力发电厂是用水的大户，一个l000MW电厂耗水量相当于一个中小城市的用水量。水是电力工业的命脉，是仅次于燃料的生产资料。在我国仍以火力发电为主的电力结构中，特别在北方缺煤、少水的地区，缺水将会成为制约电力发展的首要问题。
在20世纪80年代以前，国内的火力发电厂大都没有考虑节水的问题。用水不合理、浪费严重是当时火力发电厂的普遍现象。80年代以后，在火力发电厂的设计中开始考虑节水的要求，首先解决冲灰水回用的问题。进入90年代后，由于水资源费和排污费的日益增长，火力发电厂中水回用的市场被激活，中水资源化的进程逐渐加快，火力发电厂开始进行多种中水的综合利用。火力发电厂的污水处理的重点已经由达标排放转为综合回收利用，相应的中水处理回收利用的工艺发生了很大的变化。在减少污水排放、中水回用处理等方案都有了长足的进步。除了进行冲灰水回用外，机组杂排水、生活污水、含煤污水等各种污水经过工艺处理达到使用标准的中水回用逐渐兴起，使火力发电厂的中水资源发展到了一个新的水平。著名的实例有华能北京热电厂利用高碑店污水处理厂的二级处理水工程、西柏坡电厂的污水“零”排放工程，这些都具有里程碑意义的示范性工程。
二．中水回用处理方式
中水回用的处理技术按其机理可分为物理化学法、生物化学法和物化生化组合法等。通常回用技术需多种污水处理技术的合理组合，即各种水处理方法结合起来深度处理污水，这是因为单一的某种水处理方法一般很难达到回用水水质的要求。发展到目前，中水回用的工艺流程有：
1.生物化学法
生物化学法（简称生化法）利用自然界存生的各种细菌微生物，将废水中有机物分解转化成无害物质，使废水得以净化。转化成无害物质，使废水得以净化。适用于有机物含量较高的污水。可以分活性污泥法、生物膜法、生物氧化塔、土地处理系统、厌氧生物处理法等方法。或是单独使用，或是几种生物处理方法组合使用，如接触氧化+ 生物滤池；生物滤池 +活性炭吸附；转盘十砂滤等流程。这种流程具有适应水力负荷变动能力强、产生污泥量少、维护管理容易等优点。生物化学法可以分活性污泥法、生物膜法、生物氧化塔、土地处理系统、厌氧生物处理法等方法。
2.物理化学法
运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法。通常是指由物理方法和化学方法组成的污水处理系统，或指包括物理过程和化学过程的单项处理方法，如浮选、吹脱、结晶、吸附、萃取、电解、电渗析、离子交换、反渗透等。
物理化学处理既可以是独立的处理系统，也可以是生物处理的后续处理措施。其工艺的选择取决于废水水质、排放或回收利用的水质要求、处理费用等。为除去悬浮的和溶解的污染物而采用的化学混凝-沉淀和活性炭吸附的两级处理，就是比较典型的一种物理化学处理系统。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆处理过程是在废水中投加石灰，快速混合后，进行絮凝沉淀，除去大部分悬浮的和胶体的物质，同时除去一部分磷酸盐。沉淀后的出水，流过活性炭接触床，由于活性炭的吸附作用，除去溶解的污染物，如溶解的有机物等。活性炭要进行反冲洗和再生。和生物处理法相比，物理化学处理法的优点是：占地面积可少1/4至1/2；出水水质好，而且效果比较稳定；对废水水量、水温和浓度变化的适应性较强；可以除去有害的重金属离子；除磷、脱氮和脱色的效果好；可根据不同要求，选择处理方案；处理系统的操作管理易于实现自动检测和自动控制。但这种处理系统的设备费和日常运转费较高，要比生物处理法消耗较多的能源和物料，因此决定处理工艺方案时要根据对出水水质的要求，进行技术、经济比较和对环境影响的全面分析。
3. 膜生物反应器技术（物化生化结合法）
膜生物反应器 (Membrane Bio reactor,简称MBR) 是将生物降解作用与膜的高效分离技术结合而成的一种新型高效的污水处理与回用工艺。
4.工艺比较
传统的中水处理工艺主要是由生化处理与混凝、沉淀、过滤多步单元操作组成,中水进入生化池后，在活性污泥中微生物的作用下将水中的有机物分解，分解后的水中因为含有悬浮物，必须经过澄清沉淀的作用去除水中的悬浮物，在该过程中需投加大量的化学药剂，产生的化学污泥容易引起二次污染，并且剩余污泥产量大，污泥处理费用高。传统的处理工艺运转时必须考虑到反应速率和污泥的沉降性能。反应速率主要取决于活性污泥的浓度 ，污泥浓度高，则反应速度就快。但考虑到二沉池不能过大，所以活性污泥的浓度就不能太大，从而影响了反应速率。污泥的沉降性能则取决于曝气池的运行条件。严格控制曝气池的操作条件是首要条件，因此也限制了生物化学法的应用范围。为了克服这些不足，人们首先想到了用膜来进行固液分离。超滤膜分离技术正是在这样的情形下发展起来的。其原理是在一定压力下，采用具有一定孔径的分离膜，将溶液中的大分子物质、胶体、细菌和微生物截留下来，从而达到浓缩与分离的目的。其处理精度可达0.1微米。国外的研究资料表明，超滤技术作为中水处理的后处理技术，具有适应性强、对悬浮物、细菌和洗涤剂的去除率高，出水稳定等诸多优点。
三、MBR工艺概述
电厂水处理中的膜生物反应器是由生物反应器与微滤、超滤、纳滤或反渗透膜系统组成。因而分为微滤膜生物反应器、超滤膜生物反应器等；根据膜系统与生物反应器组合的方式和位置，膜生物反应器又可分为循环式(分置式) 和浸没式(一体式) 两种。循环式膜生物反应器中，生化后反应器的废水经加压泵送入膜组件。过滤液可用来进一步处理，作为电厂补给水，浓缩液返回反应器中进一步生化降解或部分经循环泵加压后再返回膜组件中。浸没式膜生物反应器中，膜组件直接浸泡于反应器中，反应器下方有曝气装置，将空压机送来的空气形成上浮的微气泡，在曝气的同时又使膜表面产生一剪切应力，利于膜表面除污，过滤液在抽吸泵的负压下流出膜组件。
膜-生物反应器运行能耗低、占地面积省。该技术通过膜组件的高效分离作用，大大提高了泥水分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌的出现，提高了生化反应速率。同时，该工艺能大大减少剩余污泥的产量（甚至为零），从而基本解决了传统生物接触氧化法存在的剩余污泥产量大、占地面积大、运行效率低等突出问题,为电厂提供了优质可靠地水源。
膜生物反应器与传统的深度工艺比较，具有以下技术优势：
1）处理效率高，出水水质好；
2）对污泥的控制能力更强，剩余污泥量小；
3）设备布置更加紧凑，节省空间；
4）系统运行维护简便，劳动强度低；
5）系统自动化程度高。运行灵活，抗冲击能力强；
MBR的缺点
1）成本过高。主要原因是膜组件多需进口。常用的膜加拿大ZENON、日本久保田、日本东丽、三菱、天津膜天等。
工程应用的大量工程参数欠缺，亟待总结。
3）膜通量相对较低，容易发生膜污染，膜污染后不容易清洗和更换，膜污堵和性能恢复还有待进一步研究和解决。
4）能耗高：首先 MBR 泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力，其次是 MBR 池中 MLSS 浓度非常高，要保持足够的传氧速率，必须加大曝气强度，还有为了加大膜通量、减轻膜污染，必须增大流速，冲刷膜表面，造成 MBR 的能耗要比传统的生物处理工艺高。
五．结语
中水做为电厂补给水源具有良好的经济效益、社会效益，可以有效的解决水资源的短缺问题，为经济的可持续发展创造了良好的条件。膜生物反应器作为一种高效中水生物处理工艺具有显著优势，应用前景十分广阔。但是，膜污染会导致运行费用增加，因而大大制约了MBR的大规模应用。但随着膜制造技术的进步，膜质量的提高和膜制造成本的降低，MBR的投资也会随之降低。现阶段利用中水作为火电厂补给水源，采用MBR进行预处理将是解决电厂补给水源问题的一种有效途径，未来将会有很大发展。
参考文献：
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论文作者:吴阳
论文发表刊物:《科技中国》2016年8期
论文发表时间:2016/10/19
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