膜反應(yīng)器（MBR）在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展

“十二五”期間，工業(yè)廢水污染治理總投資約為1250億元左右，年均治理投資約為250億元左右。其中高濃度難降解工業(yè)廢水的處理將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的***領(lǐng)域。膜生物反應(yīng)器(MembraneBio-Reactor，MBR)是一種由生物處理單元與膜分離單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。是一種新型的水處理技術(shù)，具有出水水質(zhì)好、處理效率高、占地面積小、運行管理簡單等特點，對各種高濃度有機(jī)廢水與難降解廢水的COD、NH3-N等都能達(dá)到良好的去除效果等優(yōu)點。從印染廢水、制藥廢水、含油廢水、焦化廢水、精細(xì)化工廢水五個方面介紹了各種膜反應(yīng)器在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用，并提出幾點建議。

1MBR對工業(yè)廢水的處理

1.1印染廢水的處理

印染廢水成分復(fù)雜，色度深，堿性強(qiáng)，并且含有許多有毒、有害物質(zhì)，對環(huán)境污染嚴(yán)重。膜生物反應(yīng)器能對印染廢水進(jìn)行好氧生物活性的處理，并對水樣的色度和濁度、生物耗氧量、化學(xué)耗氧量等各項水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測定、分析和處理。

利用錳砂催化海綿鐵內(nèi)電解-膜生物反應(yīng)器(MBR)耦合法來處理模擬印染廢水，原印染廢水COD為700~800mg/L，BOD5為230~250mg/L，色度為1000~1200倍，當(dāng)其經(jīng)過錳砂催化海綿鐵內(nèi)電解法預(yù)處理后，COD可降低到570~670mg/L之間，BOD5降低到200~320mg/L，色度降低到4~150倍。

隨后使用MBR進(jìn)行后續(xù)生物處理，出水COD值可降至3~31mg/L之間，平均COD值為8mg/L，MBR生物段脫色率為66.94%，整個MBR段對色度的去除率為76.29%。采用膜生物反應(yīng)器對某公司的印染廢水進(jìn)行好氧生物活性處理，實驗結(jié)果表明：在混合液懸浮固體質(zhì)量濃度5~8g/L的條件下，若系統(tǒng)進(jìn)水CODCr為750~900mg/L，BOD為130~250mg/L，色度為100~200倍時，出水CODCr去除率可高達(dá)86.6%，且出水中BOD、色度、濁度以及懸浮固體(SS)質(zhì)量濃度幾乎為0，處理效果良好。

但是，隨著染料分子在MBR中的不斷積累，試驗后期系統(tǒng)出水的色度有所提高，造成***色度去除率只有68%，去除效果不理想。用ASBR-MBR工藝對廣東省某印染廢水進(jìn)行處理。

***階段運用單純的MBR工藝，MBR容積負(fù)荷在0.21~0.26kgCOD/(m3˙d)之間;第二階段采用ASBR-MBR組合工藝，在所涉及到的MBR容積負(fù)荷下，COD去除率分別在45%和65%以上，出水可滿足此公司的回用標(biāo)準(zhǔn);第三階段采用單純MBR工藝處理該公司污水處理廠的出水，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行階段，系統(tǒng)對COD的去除率基本保持在92.0%~942%之間，出水pH、CODCr、色度皆優(yōu)于廣東省水污染物排放限值(GB4426-2001)中的排放標(biāo)準(zhǔn)。

且通過對比試驗發(fā)現(xiàn)在色度、鐵、硬度等方面，ASBR-MBR組合工藝的去除效果優(yōu)于單純的MBR工藝。采用混凝-MBR-RO工藝對牛仔布水洗過程中所產(chǎn)生的靛藍(lán)染料廢水進(jìn)行處理，在MBR試驗中，考察了污泥濃度、曝氣量、HRT等操作條件對于出水的影響，進(jìn)而試驗確定了MBR反應(yīng)器的***-佳參數(shù)為：HRT為8h，曝氣量為1.5m3/h，污泥濃度為6g/L。由于采用調(diào)節(jié)池出水，水質(zhì)較穩(wěn)定，因此并未考察系統(tǒng)的耐受沖擊負(fù)荷的能力，有待進(jìn)一步研究。

總的來說，MBR利用膜的***固液分離作用代替了傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池，從而克服了污泥膨脹、占地面積大等問題，具有***的應(yīng)用價值。但應(yīng)用MBR工藝需要定期對膜進(jìn)行清洗，以去除纖維膜面的物質(zhì)，因此運行成本高。

1.2制藥廢水的處理

制藥生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的廢水，其雖具有***的可生化性，但色度和COD高，且含有眾多毒性物質(zhì)，若不經(jīng)過有效處理，將會造成嚴(yán)重的污染環(huán)境。采用一體式平板膜生物反應(yīng)器對生產(chǎn)的維生素制藥廢水進(jìn)行實驗研究，當(dāng)HRT=12h時，系統(tǒng)對COD和NH4+-N的去除率分別為75.29%、85.81%;當(dāng)HRT=22h時，去除率分別為81.01%、90.21%;當(dāng)HRT=26h時，去除率分別為82.05%、90.84%。

但當(dāng)污泥質(zhì)量濃度升高、膜穩(wěn)態(tài)通量降低時，膜通量的降低又會限制出水流量，從而降低了整個膜生物反應(yīng)器的處理能力。采用循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器(ELAMBR)對藥物中的***進(jìn)行了處理，一個月后，COD的含量降低了20%，MLSS的含量升高了20%，ELAMBR能有效的處理藥物廢水中的污染物。

采用浸沒一體式MBR工藝對某制藥廠污水處理站的出水進(jìn)行處理，實驗表明，在HRT=9h條件下，若DO質(zhì)量濃度為2、4、6mg/L，出水COD去除率分別為63%，75%，80%，出水NH3-N的去除率分別為88.5%，93.6%，94%。等采用厭氧-好氧平板膜生物反應(yīng)器對污水處理調(diào)節(jié)池的廢水進(jìn)行實驗處理，實驗表明當(dāng)MLSS=14000~15000mg/L，HRT=5.5h，進(jìn)水COD在1000~4000mg/L間變化時，出水COD可基本保持在100mg/L以下，去除率達(dá)到90%以上。

采用一體式膜生物反應(yīng)器(SMBR)工藝對維生素類制藥廢水進(jìn)行試驗研究，實驗表明，在啟動階段，反應(yīng)器對COD、NH4+-N的去除率也分別達(dá)到了80%、85%以上;運行階段，系統(tǒng)對COD和NH4+-N去除率基本穩(wěn)定在85%及90%以上。完全達(dá)到了《發(fā)酵類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21903-2008)的排放要求。但污泥質(zhì)量濃度越的升高，將導(dǎo)致膜穩(wěn)態(tài)通量的降低，從而限制出水流量，導(dǎo)致整個膜反應(yīng)器的處理能力降低。

1.3含油廢水的處理

含油廢水是一類污染嚴(yán)重、來源廣泛的工業(yè)廢水。其成分非常復(fù)雜，含有大量的COD、懸浮物、石油類有機(jī)物、揮發(fā)酚、硫化物、氨氮等有害物質(zhì)。采用移動床生物膜反應(yīng)器(MBBR)與活性污泥法(A/O)混合工藝對石化的生產(chǎn)污水進(jìn)行實驗處理，當(dāng)進(jìn)水COD濃度為152.8~540.0mg/L時，MBBR池COD平均去除率為81.74%，出水COD平均濃度為48.19mg/L;當(dāng)進(jìn)水油類濃度為14.0~80.0mg/L時，MBBR池油類平均去除率91.00%，出水油類平均濃度為3.62mg/L，水質(zhì)滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)。

該工藝的應(yīng)用可以在原有廢水處理設(shè)施的基礎(chǔ)上改造完成，不增加運行能耗和處理構(gòu)筑物便可較大幅度的提升出水水質(zhì)。但當(dāng)水溫和pH值超過***范圍后，廢水中的微生物生長情況會改變，從而會對MBBR處理效率造成影響。

運用MBBR法-活性污泥法(A/O)工藝對煉油廢水進(jìn)行處理，實驗表明，當(dāng)進(jìn)水量為0.6~0.9m3/h、溶解氧為2~4mg/L、平均總HRT=14.3h的條件下，A/O-MBBR工藝的COD和NH4+-N去除率分別達(dá)到了92.4%和99.8%;在進(jìn)水量為0.2~0.3m3/h，溶解氧為2~4mg/L時，A/O—MBBR工藝的COD和NH4+-N的平均去除率分別達(dá)到了為83.2%和99.5%，均達(dá)到***污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

運用水解酸化-膜生物反應(yīng)器工藝，對京津唐“金三角”地帶的某油田進(jìn)行污水處理，實驗結(jié)果表明，在***-佳操作條件下，組合工藝對含油廢水中的COD、揮發(fā)酚、石油類有機(jī)物、氨氮以及濁度等污染物有良好的去污效果，去除率分別為95.82%、99.86%、98.82%、98.86%和99.82%，出水水質(zhì)完全達(dá)到***綜合污水排放一級標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)。但LeClech.P[14]等在其研究中指出，膜污染會限制MBR在廢水處理中的應(yīng)用效果，使生產(chǎn)效率降低，增加運營和維護(hù)成本。

1.4焦化廢水的處理

焦化廢水是煉焦、煤氣凈化以及化工產(chǎn)品精制過程的產(chǎn)物。其COD濃度較高，含有大量的環(huán)鏈有機(jī)物，如疊氮類無機(jī)物和氨氮等，直接外排對自然環(huán)境和人體健康的影響***。采用光催化降膜反應(yīng)器技術(shù)對焦化廠生產(chǎn)時所產(chǎn)生的廢水進(jìn)行實驗處理，實驗表明在3%H2O2溶液的添加量為500m了/L、pH為11.0、初始COD為125mg˙L-1、光照時間為5h時，色度、濁度和CODCr的去除率分別為17%、57%和45%，處理效果明顯，這說明光催化降膜反應(yīng)器處理焦化廢水是可行的。

采用加壓生物膜反應(yīng)器的A/O法對某焦化廠現(xiàn)有氣浮池的出水進(jìn)行實驗處理。當(dāng)進(jìn)水COD質(zhì)量濃度的平均值為2031mg/L時，厭氧出水段、好氧一級段、整個系統(tǒng)對COD的去除率分別為31.96%、80.35%、87.46%，出水COD的平均值分別為1394.34、295.00、254.69mg/L，達(dá)到***二級排放標(biāo)準(zhǔn)。難降解有機(jī)物在厭氧條件下比好氧條件下更易被降解，但完全厭氧降解的速率通常比較慢。

采用浸沒式厭氧/缺氧/好氧-膜-生物反應(yīng)器(A1/A2/O-MBR)系統(tǒng)對焦化廠的焦化廢水進(jìn)行處理，在無排泥條件下連續(xù)運行160d后，MLVSS/MLSS維持在89.2%~91.2%，且沒有出現(xiàn)無機(jī)物的積累，污泥的表觀產(chǎn)率逐漸降低并穩(wěn)定在01035kg/kg。采用MBR與微波聯(lián)合工藝對焦化廠調(diào)節(jié)池的出水進(jìn)行處理。結(jié)果顯示，該反應(yīng)器對COD、NH3-N和TN的去除率分別為88%、1-00%和86%，在***-佳運行參數(shù)條件下，出水中COD<80mg>

1.5精細(xì)化工廢水的處理

精細(xì)化工產(chǎn)品(如染料、制藥、香料、農(nóng)藥等)生產(chǎn)過程中排出的有機(jī)物質(zhì)，大多具有有毒有害、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以降解等性質(zhì)，而膜反應(yīng)器可通過膜組件的***分離作用和膜的截留作用，大大提高污水的泥水分離效率。

等采用多相組合膜生物反應(yīng)器對精細(xì)化工廢水進(jìn)行試驗處理。實驗結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水濃度COD為600~900水分離效率。采用多相組合膜生物反應(yīng)器對精細(xì)化工廢水進(jìn)行試驗處理。

實驗結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水濃度COD為600~900mg/L、總磷為2.0~6.0mg/L時，出水COD為80~120mg/L;總磷為0.5~2.0mg/L時，COD的去除率穩(wěn)定在87%左右，總磷的去除率穩(wěn)定在75%左右。但由于廢水的生化效果不好，需在PACT池中投加大量粉末活性炭，才能勉強(qiáng)達(dá)到處理要求，且運行過程中會產(chǎn)生大量的污泥。用移動床生物膜反應(yīng)器對出水進(jìn)行實驗處理，當(dāng)HRT=9.82h，進(jìn)水COD為350~500mg/L時，出水COD濃度可穩(wěn)定在100mg/L左右，最高可達(dá)52mg/L，總體去除率為75%，整體去除負(fù)荷最高可達(dá)1.17kg/(m3˙d-1)。

MBBR的核心是懸浮填料，其作為生物膜附著生長和降解有機(jī)物的重要場所，對反應(yīng)器處理效果具有重要影響。采用移動床生物膜(MBBR)對某大型化工綜合企業(yè)生產(chǎn)時所產(chǎn)生的廢水進(jìn)行實驗處理，當(dāng)進(jìn)水CODCr的質(zhì)量濃度由原來的500mg/L提升到1000mg/L時，單位容積的處理能力可提升40%~50%，出水水質(zhì)符合地方排放標(biāo)準(zhǔn)GB32/939-2006《化學(xué)工業(yè)主要水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

3結(jié)論

我國對MBR的研究雖然還不到10年，但是發(fā)展卻十分迅速。從原有的生物反應(yīng)處理工藝擴(kuò)展到活性污泥與生物膜相結(jié)合的復(fù)合式工藝、生物膜法、兩相厭氧工藝、接觸氧化法等。隨著MBR工藝的不斷發(fā)展，其應(yīng)用范圍也不斷拓寬，從生活污水擴(kuò)展到了高濃度有機(jī)廢水(啤酒廢水、食品廢水、含油廢水等)與難降解工業(yè)廢水(造紙廢水、印染廢水、化工廢水等)。