全球最大的MABR系统之一加拿大Hespeler污水处理厂

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2024年8月11-15日在加拿大多伦多举办IWA世界水大会暨展会，Hespeler污水厂是热门技术参观路线之一。

位于加拿大安大略省滑铁卢市风景如画的小镇，黑斯佩勒（Hespeler）污 水处理厂 是环境可持续发展的创新灯塔。在2021年项目正式运行时，该厂是拥有全球最大膜表面积 的膜曝气生物膜反应器（MABR） 系统 ，展示了污水处理技术在效率和生态环境责任方面的创新突破。

▼ Waterloo Hespeler 污水厂

   
 

黑斯佩勒厂概览
黑斯佩勒污水处理厂始建于1973年，并于1988年和1992年两次升级改造。新的MABR工艺于2021年投入使用，旨在满足不断增长的人口需求，服务于居民和工业部门。该污水厂使用了MABR技术，相较于传统的污水处理方法，是一个重大的飞跃。

 

MABR技术
MABR全名是膜传氧生物膜反应器（membrane aerated biofilm reactor），是一种基于氧气/空气的MBfR工艺。MBfR指的是基于膜传导的生物膜反应器 (MBfR- membrane biofilm reactor)。这个工艺的一大优势是其设计的多样式。该系统里气体的通过膜（管式、中空纤维、平板）输送至液相，生物膜生长在膜的外表面。
▼ MABR的逆扩散传质原理图

 

膜曝气生物膜反应器（MABR）是一种前沿的污水处理技术，它通过膜直接向生物膜提供氧气，细菌在此代谢有机物和养分。这种直接供氧的方法更加节能环保，同时显著提高了生物脱氮除磷的效率。这种工艺很好地结合了COD/BOD的去除、硝化/反硝化和厌氧氨氧化。    
▼ ZeeLung?的反应器和中空透氧膜组件 (图源：Veolia)

   

 

主要特点和优势
1. 低能耗：  
MABR系统最显著的优势之一是大幅减少了能耗。  
这通过消除大型鼓风机和曝气扩散器的需求，改用通过膜的低压曝气而实现。  
2. 优越的处理性能：  
MABR系统在氮磷营养盐去除方面表现出色，这对于防止 水体富营养化 至关重要。  
MABR中的生物膜在分解有机污染物方面非常有效，产生更洁净的出水。  
3. 占地小：
MABR系统的紧凑设计使黑斯佩勒工厂能够在相对较小的物理空间内处理大量污水。
这在城市用地紧张地区特别有利。
4. 操作简单：
黑斯佩勒厂受益于MABR系统的低维护需求。
技术的简单性减少了频繁干预和昂贵维修的需求，确保了操作更加顺畅和可靠。
5. 工艺强化：
在现有容积内，处理能力和/或性能最多可提高 50%。
6. 工艺韧性：
附着生长的生物膜对负荷变化和干扰条件具有较强的韧性。
7. 简单的解决方案：
膜箱可安装在现有的 生物反应器池中， 无需建造新池，可快速投入使用
8. 降低碳排放：  
曝气能耗降低 4 倍，并具有降低 N2O 排放的潜力。  
 

技术规格
1. 处理能力：  
黑斯佩勒污水处理厂的处理能力为每日3000万升（MLD）。  
2. 膜面积：  
黑斯佩勒的MABR系统拥有约10000平方米的膜面积。这种广泛的膜表面积对于高效氧气转移和生物膜生长至关重要。  
3. 氧气传递效率：
MABR系统的氧气转移效率（OTE）约为90%，远高于传统曝气系统通常达到的20-30%。这种高氧气转移效率是系统节能的关键因素。  
4. 出水质量：
BOD低于10 mg/L和总氮低于3 mg/L的出水。这些数据远远超过了法规要求，有助于保护当地水体。  
5. 总磷去除：
黑斯佩勒的MABR系统在养分去除方面表现出色，总磷水平低于0.1 mg/L。
6. 溶解氧水平：
MABR系统能够在生物膜周围维持高水平的溶解氧，通常达到8-10 mg/L。这对于提高生物处理效率至关重要。  

 

反应器设计：      
MABR系统的反应器设计优化了生物膜的生长和营养盐去除效率。反应器采用模块化设计，便于维护和扩展。  
1. 膜材质：
采用先进 的中空纤维膜材 质 ，具有高强度和耐久性，确保系统的长期稳定运行。这种膜材质具有优异的抗污染能力，减少了清洗频率和维护成本。  
2. 智能控制系统：
黑斯佩勒工厂配备了先进的智能控制 系统，实时监测和调节工艺参数，确保最佳运行效率。该系统利用物联网（IoT）技术，实现远程监控和数据分析，提高了操作的灵活性和响应速度。  

 

碳足迹      
通过大幅减少能耗和优化养分去除，MABR系统显著降低了工厂的碳足迹。
根据估算，黑斯佩勒工厂每年减少的二氧化碳排放量相当于数千辆汽车的排放总量。

 

结论      
黑斯佩勒污水处理厂实施的MABR技术符合全球可持续发展目标。通过减少能耗和提高营养盐去除效率，污水厂显著降低了碳足迹，并减轻了对当地水体的影响。这种积极的污水管理方法树立了环境管理的新标准。
MABR技术的可扩展性意味着它可以适应各种环境，从小型社区到大型都市区。当世界面临城市化和气候变化的挑战时，像黑斯佩勒污水厂的MABR系统这样的创新解决方案将在创建可持续和韧性的基础设施中发挥关键作用。

 

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