（环境工程专业论文）膜生物反应器在中药废水治理工程中的应用研究.pdf

中山大学硕士学位论文 膜生物反应器在中药废水治理工程中的应用研究 专业：环境工程 工程硕士：许闽明 指导老师：王国惠副教授 工程领域导师：梁龙威高级工程师 摘要 膜生物反应器技术是近年新发展起来的一种高效污水处理技术。该技术是膜 分离技术和污水生物处理技术有机结合的一种污水处理工艺，与传统污水处理工 艺相比具有很多的优点。 本文通过结合国内外目前中药废水处理技术和发展趋势，分析中药厂现有废 水处理站的工艺和废水特点，找到现有处理工艺的不足，结合废水处理工程技术 改造后实现污水回用的要求，利用膜生物反应器占地面积小、污染物去除效率高、 净化水质好、水质稳定和净化水宜于回用等优点，提出采用膜生物反应器作为废 水整改工艺技术。 本文进行了处理中药废水膜生物反应器实验装置的设计与研制，对工程设计 运行性能及污染物去除机理进行了研究，同时研究了工艺系统的运行条件。通过 实验确定了膜生物反应器处理中药废水的主要设计参数及系统的最佳运行参数。 实验结果表明，系统中溶解氧的最佳值在2 5 - 3 5 m g l 之间。最佳的h i 汀= 1 2 1 4 h 。 当m l s s 在4 5 0 0 6 0 0 0 m g l 时，系统对c o d 。，去除率良好。膜系统的最佳气水比 是2 0 - 1 。 根据实验的参数，对现有废水处理站的进行了整改设计、施工和调试。应用 膜生物反应器技术对原接触氧化池进行了改造，增加安装了膜生物反应池和相关 的设备。改造工程完成后，监测结果表明，当系统进水的污染物平均值为p ( c o d 。) 、p ( b o d 5 ) 、p ( s s ) 和色度分别为1 6 1l m g l 、5 4 8 m g l 、3 2 4 m g l 、 3 8 4 倍时，对应出水的平均值分别为4 9 m g l 、1 4 m g l 、1 2 m g l 、1 6 倍，c o d 。，、 b o d 5 、s s 的平均去除率达到9 7 、9 7 6 和9 6 3 。出水指标达到了广东省水污 染物排放限值( d b 4 4 2 6 2 0 0 1 ) 第二时段一级标准和再生水回用于景观水体标准 ( c j t 9 5 2 0 0 0 ) 要求，可回用绿化、冲厕等。表明膜生物反应器处理中药废水是 可行的。 对工程的技术和经济，包括项目投资、运行费用等，以及本项目带来的环境 效益和社会效益进行了分析，进一步说明膜生物反应器工艺的实际应用可行性。 关键词：中药废水；膜生物反应器；设计运行参数；技术改造 2 s t u d yo nt r e a t m e n to fc h i n e s et r a d i t i o n a lm e d i c i n ew a s t e w a t e r b ym e m b r a n eb i o r e a c t o r m a jo r ：e n v i r o n m e n t a le n g e n e e r i n g n a m e ：x um i n m i n g s u p e r v i s o r ：a s s o c p r o f w a n gg u o h u i s e n i o re n g i n e e rl i a n gl o n g w e i a bs t r a c t m e m b r a n eb i o r e a c t o ri san e ww a s t e w a t e rt r e a t m e n t t e c h n o l o g yw h i c hh a s d e v e l o p e di nr e c e n ty e a r s i ti sak i n do fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s si nw h i c h m e m b r a n es e p a r a t i o nt e c h n o l o g yi sc o u p l ew i t ht h eb i o l o g i c a lw a s t e w a t e rt e c h n l o l g y i th a s m a n ya d v a n t a g e sc o m p a r e dw i t ht h ec o n v e n t i o n a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t p r o c e s s e s b a s e do nt h er e s u l t so ft h er e s e a r c h i n ga n da p p l i c a t i o ne x p e r i e n c ef r o mt r e a t m e n t o fc h i n e s et r a d i t i o n a lm e d i c i n ew a s t e w a t e r , t h et r e a t m e n to fc h i n e s et r a d i t i o n a l m e d i c i n ew a s t e w a t e rb ym b rw a sb r o u g h tf o r w a r di nt h i s p a p e r i tw a su s e dt o u p g r a d ea ne x i s t i n gc h i n e s et r a d i t i o n a lm e d i c i n ew a s t e w a t e rp l a n t t e c h n o l o g i c a l r e n o v a t i o no ft h em a n u f a c t u r ep r o c e s s e s ，c h a r a c t e r i s t i c so ft h ew a s t e w a t e ra n dt h e c u r r e n tt r e a t m e n tp r o c e s sw e r ea n a l y z e da n dt a k e ni n t oa c c o u n ti nt h i si n v e s t i g a t i o n f u r t h e r m o r e ，am b rr e a c t o rw a sd e v e l o p e db e f o r er e c o n s t r u c t i o n ，a n dt h ed e s i g n p a r a m e t e r so ft h er e a c t o rw e r ec o n f i r m e db ye x p e r i m e n t s t h ed e s i g n ，o p e r a t i n g p a r a m e t e r so ft h ep r o je c ta n dm e c h a n i s mo fp o l l u t a n tr e m o v a lw e r ee n q u i r e di n t o t h e p a r a m e t e r s ，s u c ha sd o ，h r t , m l ssa n dt h eo p t i m a lr a t i oo fg a st op e r m e a t e d e m u e n th a v eb e e ns t u d i e d t h ep r a c t i c a lo p e r a t i o ns h o w e dt h a tw h e nt h ea v e r a g e p ( c o d c r ) ，p ( b o d 5 ) ，p ( s s ) ，c h r o m ai nt h ei n f l u e n to fs y s t e mw e r e16 11 m l ，5 4 8 m g l ，3 2 4 m g l ，3 8 4t i m e s r e s p e c t i v e l y , t h ea v e r a g ep ( c o d c r ) ，p ( b o d s ) ，p ( s s ) ，c h r o m ao ft h ee f f l u e n tw e r e 4 9 m g l ，14 m g l ，1 2 m g l ，16t i m e sr e s p e c t i v e l y , t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o d c r ， b o d s ，s sw a s9 7 ，9 7 6 ，9 6 3 t h er e s u l t ss h o wt h a ta f t e rt h er e c o n s t r u c t i v e w a s t e w a t e rt r e a t m e n ts y s t e m ，t h eq u a l i t yo f e f n u e n th a sr e a c h e dt h ef i r s ts t a n d a r do f d i s c h a r g el i m i t so fw a t e rp o l l u t a n t s ( d b 4 4 2 6 2 0 01 ) a n d q u a l i t ys t a n d a r df o r r e c l a i m e dw a s t e w a t e rr e u s e ds c e n i cw a t e r ”( c j t 9 5 - 2 0 0 0 ) a n d ，a c c o r d i n gt h ea n a l y s i s o f t e c h n i q u ea n de c o n o m y , t h er e s u l t sc o n f i r mt h a tt h ep r o c e s so fm b ri sf e a s i b l ef o r t r e a t m e n to ft h ec h i n e s et r a d i t i o n a lm e d i c i n ew a s t e w a t e r k e y w o r d s ：c h i n e s et r a d i t i o n a lm e d i c i n ew a s t e w a t e r ； m b r ( m e m b r a n eb i o r e a c t o r ) ； d e s i g na n dr u n n i n gp a r a m e t e r s ；t e c l m i c a lr e c o n s t r u c t i o n 3 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品 成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：影刁l 氯川公 日期：砷年t , - j , 月g - 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复 制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位 论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：御；四惘导师签名：芝l 司老 日期：卅年i 月r 日日期o年月 日 中山大学硕士学位论文 1 1 选题背景 1 1 1 佛山水道污染现状 第1 章绪论 佛山位于广东省中南部，珠江三角洲腹地，东倚广州，西接肇庆，南连珠海， 北通清远，毗邻港澳，地理位置十分优越。佛山市下辖禅城、南海、顺德、三水、 高明5 区，总面积3 8 1 3 6 4 平方公里，常住人口3 3 5 8 5 万人，其中市区4 8 8 6 万 人，工业是目前佛山经济的最主要组成部分，形成了以纺织、电子、陶瓷、塑料、 电器、建材、食品饮料、机械等行业为骨干的主导产业群。 曾几何时，佛山的大河小涌四通八达，清澈见底，到处一派小桥流水人家的 岭南水乡风情。但由于伴随着城市工业化而来的工业污染、生活污染和农业污染 的破坏，现在很多河涌已经完全沦为乌烟瘴气的臭水沟了。目前受污染的程度仍 呈增长趋势，大部分江段、河涌水质污染严重，局部河段水体劣于v 类，沿岸居 民生活生产受到影响。该市水资源丰沛优势正向水质型缺水劣势转变。 佛山水道俗称汾江河，流经佛山市中心区域，是见证佛山发展历史的一条母 亲河，与佛山市人民生活息息相伴。佛山水道西起禅城沙口，东行横贯禅城区北 部和南海东南角，到南海平洲沙尾进入东平水道，佛山水道从沙口至平洲沙尾桥 全长约2 5 5 公里。佛山水道集纳污、航运、灌溉和泻洪等多种功能，是佛山市禅 城区、南海区部分地区工业废水和生活污水排放的主要纳污河道。1 9 8 4 年之前， 河里可以洗衣游泳。而今天，短短二十多公里长的汾江河两岸竞密集了近三百家 水污染企业，加上大量的生活污水，由于没有完善的收集系统和处理措施，直接 排入河道，对河水造成了严重的污染。 佛山水道流域内人口约2 0 0 万人，全程集雨面积1 9 1 平方公里，其中禅城区 4 5 平方公里，南海1 4 6 平方公里。汾江全年平均流量为1 0 3 立方米秒，枯水期只 有5 - 6 立方米秒。佛山水道沿岸主要支涌共有1 2 条，其中禅城区有4 条( 军桥涌、 南北大涌、郊边涌和九江基涌) ，南海区有9 条( 罗村涌、红星运河、谢边水道、 岳利沙涌、叠教涌、花地涌、平北五胜河、夏南石岸涌、夏东三洲涌) 。沿岸共有 窦闸4 6 个，其中禅城区1 5 个，南海区3 1 个。佛山水道上游进水受沙口水闸控制， 水闸上游的东平河是佛山市的饮用水源，当佛山水道水位高于东平河水位时，水 6 中山大学硕士学位论文 闸关闭，上游进入佛山水道的水流量很少，加上下游涨潮时潮水的项托，使进入 佛山水道的新鲜水很少，污染物难以自然降解。 据监测资料统计，2 0 0 2 年汾江水质超过国家地表水类标准，水质综合污染 指数中污染级。主要污染物是氨氮、生化需氧量、石油类、高锰酸盐指数、挥发 酚等，属于有机污染。水污染问题突出的行业如纺织印染、造纸、医药、皮革、 食品、铝型材、陶瓷等占相当大的比例，且大多密集分布在佛山水道的纳污范围 内，大量的工业和生活废水相对集中地排入佛山水道。特别是枯水期，由于基本 没有新鲜水引入，河水发黑发臭，严重影响了市民的生产、生活，成为城市发展 和经济社会发展的一个制约因素。汾江河治理不仅治理污水，更关系到佛山发展 和人民生活水平的提高。 1 1 2 佛山水道综合整治的规划和概况 佛山水道自八十年代出现污染以来，佛山市人民政府将其作为水环境综合整 治的重点，先后开展了5 次较大规模的综合整治。 汾江河整治工作是佛山市珠江综合整治的一项重中之重的任务，为了进一步 加大力度，佛山市政府于二0 0 八年一月制定了 2 0 0 8 - - 2 0 1 0 年汾江河( 佛山水 道) 综合整治工作方案( 佛府办 2 0 0 8 1 4 0 号) ，提出了努力使汾江河的水质彻底 消除黑臭现象并逐渐变清，全流域水质常年稳定达到v 类水标准，上游河段水质 优于v 类水标准，符合农业用水及一般景观用水的要求，可以作为城市景观用水， 但不能作为人体直接接触的娱乐用水；汾江河水体的生态功能逐步得到恢复，河 岸的景观逐步得到改善，进入汾江河的污染物得到大幅度削减，逐步接近汾江河 的水环境容量的工作目标。力争到2 0 1 0 年实现汾江河“三年江水变清 ，明显改 善汾江河的自然环境，推动经济、环境和社会的可持续发展。 为实现以上目标，佛山汾江河( 佛山水道) 综合整治指挥部于二0 0 八年七 月制订了佛山市汾江河综合整治分步实施“31 0 清水工程方案( 佛汾 2 0 0 8 】1 2 号) 。方案进一步明确提出了汾江河综合整治逐年分步实施的工作重点。每年完成 约1 0 公里江水变清任务，三年共完成汾江河及佛山涌污染段约3 0 公里的江水变 清任务。 佛山水道的整治，从“十五”期间“截污、治污、搬污、释污、清污 的 7 中山大学硕士学位论文 整治思路，逐步提升到“增容、减污、生态恢复与整体开发相结合 的可持续整 治思路。对于流域内的工业企业的整治思路是合理调整汾江河沿岸企业的产业结 构和产业布局，加大污染企业的搬迁与关闭的力度。对违反城市建设规划、或经 限期治理和限产达标后仍无法达标排放的汾江河沿岸重污染企业坚决予以搬迁或 关闭。 根据规划，2 0 0 8 年佛山市的禅城区要完成1 9 间企业的搬迁工作，南海区要完 成2 问企业的搬迁工作；2 0 0 9 年禅城区要完成7 间企业( 工业区) 的搬迁工作， 南海区要完成2 间企业( 工业区) 的搬迁工作。对于流域内保留下来的企业，需 要大力推行清洁生产，发展循环经济，降耗减污。环保部门加大工业污染源治理 力度，严格监督执法，在实现污染物稳定达标排放的同时，要求企业进一步深化 治理，削减污染物，实现减排或零排放。 为配合汾江河的整治，对于汾江河的沿岸保留的排污企业，纷纷加大投入， 通过积极的技术改造，引入新的工艺治理技术，对各自的废水处理设施进行整改 和升级改造，努力实现污水的零排放、中水回用等目标。 1 1 3 课题来源 本课题的委托单位是佛山市某中药厂。该企业是佛山市著名的品牌企业，九 十年代公司两度被列入全国“中成药工业国有重点企业五十强 ，并被授予“中华 老字号称号。2 0 0 3 年被评为“广东省食品药品放心工程示范基地 和“创新质 量，诚信经营企业 。现在该企业年销售额达2 亿多元，是当地财政的纳税大户。 该企业生产厂区位于汾江河河边，生产排放的污水经处理后排入汾江河。厂 区内原建有一套已运行十年的废水处理设施，采用厌氧一好氧的传统生化工艺处 理。废水处理站经过多年的运行使用，污染物排放指标时有超标排放的现象。企 业领导对环保工作相当重视，该厂作为汾江河的沿岸保留的排污企业，厂方决定 拟对原废水处理站进行技术改造，以实现厂方提出的生产污水经处理后实现中水 绿化、环卫回用的要求。 本课题来源于该厂委托佛山市环境工程装备有限公司对其废水处理设施进行 技术改造的工程项目。 8 中山大学硕士学位论文 1 1 4 选题的目的及意义 本课题选题的目的，是在对课题的委托单位现有的废水处理站进行充分的调 研的基础上，分析现有废水处理工艺和废水特点，开展适应该类废水处理的工程 设计，提出应用膜生物反应器处理中药废水，进行相关的技术实验应用研究，为 采用适合的设计工艺和设计参数提供可靠有效的依据，以实现厂方提出的生产污 水经处理后实现中水绿化、环卫回用的要求。 由于佛山水道的沿岸保留的排污企业多为大型企业，废水的排放以有机污染 为主，而且厂区内均设置了相应的废水处理设施，运行的情况与本课题的中药企 业相近，废水处理设备的技术改造和工艺升级要求相当迫切。因此本课题的研究 成功，不但能为该厂实现污染物排放减量化，经处理后实现中水绿化、环卫回用 的要求，该项目研究成果还具有广阔的应用前景与市场需求，对于汾江河沿岸保 留企业的废水处理工程技术改造工作中具有技术指导和工程的示范意义，为佛山 市政府实现( 2 0 0 8 - - 2 0 1 0 年汾江河( 佛山水道) 综合整治工作方案和佛山市汾 江河综合整治分步实施“3 1 0 清水工程方案等文件中制订的目标，提供了技术 上的指引和保证，在新一轮的汾江河整治工作中将具有重要意义。 1 1 5 课题研究内容 本课题主要的研究内容包括： 1 通过对该厂现有废水处理设施及该厂中药废水的水质特征的分析，确定原 废水处理设施中需要改造的内容。 2 确定适合实际情况的膜生物反应器处理工艺。 3 采用实验装置，确定膜生物反应器处理工艺的设计参数。 4 废水处理工程技术优化和改进方案的制订。 5 整改工程的实施、调试运行过程及竣工验收的分析和整改工程的竣工验收 过程。 6 分析本课题的技术及经济可行性，为膜生物反应器在其它项目的推广应用 提供借鉴。 9 中山大学硕士学位论文 1 1 6 课题创新点 膜生物反应器在中药废水处理应用方面目前还大部分处于研究和实验阶段， 成功应用在中药废水处理工程上的实际应用上还未见报道。对于本课题来说，实 现成功的具有可操作性的工程实例，具有重要的创新意义。 1 2 膜生物反应器在污水处理中的研究概况 1 2 1 膜分离技术概述 膜是一种起分子级分离过滤作用的介质，当溶液或混和气体与膜接触时，在 压力下，或电场作用下，或温差作用下，某些物质可以透过膜，而另些物质则被 选择性的拦截，从而使溶液中不同组分，或混和气体的不同组分被分离，这种分 离是分子级的分离【i 】。 膜的种类包括：反渗透膜( 0 0 0 0 1 0 0 0 5i lm ) ，纳滤膜( 0 0 0 1 0 0 0 5um ) ， 超滤膜( o 0 0 1 o 1um ) ，微滤膜( o 1 1l im ) 、电渗析膜、渗透气化膜、液体 膜、气体分离膜、电极膜等。他们对应不同的分离机理，不同的设备，有不同的 应用对象。 膜本身可以由聚合物，或无机材料，或液体制成，其结构可以是均质或非均 质的，多孔或无孔的，固体的或液体的，荷电的或中性的。膜的厚度可以薄至1 0 0 um ，厚至几毫米。 不同的膜具有不同的微观结构和功能，需要用不同的方法制备。制膜方法一 直是膜领域的核心研究课题，也是各公司严格保密的核心技术。 膜分离技术受到世界各技术先进国家的高度重视。近3 0 年来，美国、加拿大、 日本和欧洲技术先进国家，一直把膜技术定位为高新技术，投入大量资金和人力， 促进膜技术迅速发展，使用范围日益扩大。 膜分离技术的发展和应用，为许多行业，如纯水生产、海水淡化、苦咸水淡 化，电子工业、制药和生物工程、环境保护、食品、化工、纺织等工业，高质量 地解决了分离、浓缩和纯化的问题，为循环经济、清洁生产提供依托技术。 目前我国研究和应用较广的是超滤膜技术和微滤膜技术。超滤膜技术是以分 子或粒子大小为基础的，以压力作为推动力的动态错流过滤技术。超滤膜的膜孔 l o 中山大学硕士学位论文 径在0 0 1 o 0 0 1um ，超滤膜截留分子量范围基本上为1 0 0 0 0 0 至6 0 0 0 d o l t o n 。它 比细菌的分子量小百倍，可将细菌、菌尸、病毒、微小悬浮物、微生物、胶体等 1 0 0 地截留。微孔过滤是一种精密过滤技术，是以压力为推动力，利用膜的“筛 分 作用进行分离的膜过程。其截留粒径o 11 tm 以上的悬浮物、个体较大的微生 物、菌类、大分子有机物、胶团等。其特点是孔径大，孔径较均匀、孔隙率高， 阻力小，过滤速度快，气、水通量大。 1 2 2 膜生物反应器的特点和形式 以活性污泥为代表的传统好氧生物处理工艺长期以来在生活污水以及工业废 水处理中得到了广泛应用2 1 。由于采用重力式沉淀池作为处理水和微生物的固液 分离手段，由此带来了以下几方面的问题：由于沉淀池固液分离效率不高，曝 气池内的污泥难以维持到较高浓度，致使处理装置容积负荷低，占地面积大； 处理出水水质不够理想且不稳定；传氧效率低，能耗高；剩余污泥产量大； 管理操作复杂。 近年来，随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们对水环境质量的 要求越来越高。传统的生物处理工艺出水难以满足越来越严格的污水排放标准的 要求。另一方面，经济的发展所带来的水资源的日益短缺也迫切要求开发合适的 污水资源化技术，以缓解水资源的供需矛盾。 在上述背景下，各种新型、改良的高效废水生物处理技术应运而生。而其中 引入注目的是用膜分离技术代替传统的重力式沉淀池，构成了新型的水处理技术 膜生物反应器组合工艺。 膜生物反应器( m e m b r a n eb i o r e a c t o r ，m b r ) 是传统生物处理单元与膜分离技术 有机结合的新型高效污水处理技术，它取代了活性污泥法中的沉淀和过滤单元， 与传统活性污泥处理工艺比较，具有如下优点1 3 j ： 1 结构紧凑，占地面积小( 只相当于传统处理工艺占地的1 8 1 5 ) ，系统操作 管理简单、易于实现p l c 自动控制，运行管理方便。 2 处理效率高、出水水质好，不仅能够去除悬浮s s 、有机物，而且对病毒、 细菌也有较高的去除率。 3 能够实现反应器水力停留时间与污泥龄的完全分离，运行更加灵活、稳定。 中山大学硕士学位论文 4 污泥产量低，具有较强的抗冲击负荷能力。 膜生物反应器技术在水污染控制及污水资源化方面有很大的潜在市场。1 9 6 9 年美国s m i t h 首先报道了活性污泥生物法和超滤结合处理城市污水的方法，可谓 膜生物反应器的雏型，该工艺特别引人瞩目的是用膜分离技术取代常规活性污泥 法中的二沉池，将膜分离技术应用到污水处理中作为富集生物处理单元的生物浓 度的手段，一改常规的污水生物处理法用生物循环来增加曝气池中微生物的浓度， 膜的高截留率，使生物反应器内维持很高的生物浓度，反应器在低f m 比值下 工作，可获得有机物的完全氧化。但当时由于受膜生产技术所限，膜的使用寿命 短，水通透量小，使其在投入实际应用中遇到障碍。到7 0 年代后期，日本研究者根 据本国国土狭小、地价高的特点，对膜分离技术在废水处理中的应用进行了大力 开发和研究，使膜生物反应器开始走向实际应用。自1 9 8 3 年到1 9 8 7 年，日本1 3 家公司使用好氧处理办公大楼废水，经处理的出水作为中水回用。处理水量达 5 0 2 5 0 m 3 d 。 经3 0 多年的发展，膜生物反应器水处理技术逐步从基础研究、应用开发研究， 向工程和产业化阶段发展，在全球很快得到广泛成用。 我国对m b r 的研究始于2 0 世纪9 0 年代，但发展非常迅速。m b r 主要由生 物反应器、膜组件和控制系统三部分组成。生物反应器是污染物被降解的场所， 膜组件是m b r 的核心部分，其种类不同决定着m b r 性能的差异。当前，根据膜 组件和生物反应器的相对位置，m b r 可分为两种基本形式：分置式膜生物反应器 和和一体式膜生物反应器。 分体式m b r ( 或外置式) 是研究最早的类型，膜组件与生物反应器分开设置， 相对独立运行，易于调协控制，而且膜组件置于反应器外，易于膜的清洗、更换 及增设。为了减轻悬浮物在膜面的沉积，采取高速错流过滤，动力消耗较高。分 置式m b r 比较适合处理难生物降解、高有机浓度以及有毒的污水，在工业废水处 理中应用较多。 一体式m b r ( 或浸没式) 比较简单，直接将膜组件置于生物反应器内，出水由 泵吸出得到过滤液。一体式m b r 利用曝气形成的强烈搅拌作用来实现膜面的错流 效果，也有在一体式膜组件附近进行叶轮搅拌或靠膜组件自身旋转来实现膜面错 流效应。一体式m b r 的出现，大幅度降低了处理系统的能耗和占地面积。为减少 1 2 中山大学硕士学位论文 膜面污染、延长运行周期，泵的抽吸是间断运行的。一体式m b r 在城市污水处理 厂具有较强的竞争力。 1 2 3 膜生物反应器在污水处理中的研究应用概况 m b r 在污水处理中的研究应用，主要在城市生活污水处理、工业废水处理、 医院废水处理以及垃圾渗沥液处理等多方面的应用中。 城市和生活污水是m b r 在水处理中涉及较早的领域，研究和应用都比较广 泛。吴桂萍、赵曙光【4 - 5 1 等采用一体式m b r ，杨琦、李娜【6 - 7 1 等采用缺氧一好氧 m b r ，对生活污水处理进行的实验研究，均取得了良好的处理效果，污水中c o d 、 氨氮去除率分别达9 0 以上，无色无味，系统具有较强的抗冲击能力，出水水质 优于城市生活杂用水水质标准( g b t 1 8 9 2 0 2 0 0 2 ) 。刘强【8 】等采用淹没式复合型 m b r 处理城市污水的实验表明c o d 去除效果与总生物量有关；m u h a m m a dh a i m a l a c k l 9 】采用m b r 对生活污水处理的研究结果也表明m b r 对c o d 的去除效 果与活性污泥浓度有关。 工业废水具有有机物浓度高、化学成份复杂、有毒有害物质多、难生物降解 等特点，传统处理方法难以自效去除。m b r 因其高效的生物降解和良好的净化效 果使其在各种工业废水处理中得到关注和研究应用。 国外对m b r 在印染废水处理方面的应用进行了大量研究，目前其应用已日趋 成熟，且已有成功应用于印染废水处理的工程实例。may u m 1 0 】等对好氧( d o 为 6 0m g l ) 及厌氧( d o 0 3m g l ) 条件下用m b r 处理印染废水的膜污染进行了研 究，结果表明厌氧条件下膜污染速率是好氧条件下的5 倍。与国外相比，我国关 于m b r 在印染废水处理中应用的研究也取得了一定成果。随着m b r 型式的不断 改进和更新，日前在印染废水处理中常见的是厌氧一好氧反应器加膜分离装置。 卿春霞、王文浪、程刚【1 1 1 3 】等采用厌氧一好氧m b r 处理印染废水，均得到了较好 的处理效果。邹海燕【1 4 】等在一体式m b r 中加入氢氧化铁絮体( 生物铁m b r 法) ， 在提高印染废水处理效果方面具有明显的优势。越来越多的研究表明，将m b r 与 其他废水处理技术相结合是印染废水深度处理的一个研究方向。 臧倩【1 5 】等采用以m b r 为主体的工艺处理天津医科大学总医院废水，水力停 留时间h r t 为5 h ，出水c o d 和氨氮分别维持在5 0m g l 和4m g l 。m b r 处理医 中山大学硕士学位论文 院污水是一种既可提高消毒效果又可在源头降低消毒后水体毒性的有效方法。 垃圾渗滤液中含有多种难降解有机成分，污染物浓度高、毒性强、成分复杂、 水质水量波动大，采用传统废水工艺处理很难达到排放要求。l a i t i n e n 等【l6 】采用 s b r + m b r 工艺处理垃圾渗滤液，系统对s s 、b o d 5 、t p 、氨氮的去除率分别大 于9 9 、9 7 、9 7 、8 8 。v i s v a n a t h a n 1 7 】的m b r 实验研究表明，m b r 对垃圾 渗滤液中c o d 和氨氮的去除率分别7 9 和7 5 。申欢【1 8 】采用水解酸化+ 好氧m b r 组合工艺处理非稳定期垃圾填埋场渗滤液，结果表明组合工艺对渗滤液中的c o d 和氨氮有较好的去除效果，并且具有较强的抗冲击负荷能力。 迟娟等【1 9 1 采用内电解一m b r 工艺对抗生素制药废水进行处理研究，原水c o d 为1 2 0 0 0 m g l 时，m b r 的出水c o d 3 0 0 m g l ；进水c o d 浓度在6 0 0 0 80 0 0m g l 变化时，系统能保持稳定运行。李莹【2 0 】等在中试研究中采用一体式厌氧折流板反 应器、移动床生物膜反应器和m b r 处理制药废水，当原水c o d 、氨氮和s s 平均 值为1 0 0 0 0 、5 0 0 m g l 和1 0 0 0 m g l 时，出水c o d 、氨氮和浊度分别为5 0 0 m g l 和1 0m g l 以下和3n t u ，去除率分别9 5 、9 8 以上和9 8 。贾宝琼【2 1 】等采用 水解酸化m b r 臭氧脱色处理某中药加工厂生产废水，进水c o d 、b o d 和色度水 分别为4 1 2 0 m g l 、2 0 6 0 m g l 和1 0 0 0 倍时，出水分别为1 0 0 m g l 、4 5m g l 和小 于6 0 倍，去除率分别达9 7 6 、9 7 8 和9 4 4 ，有效克服了传统工艺管理困难、 出水不稳定的缺点。 1 2 4 新型膜生物反应器研究进展 m b r 的核心部件是膜及膜组件，因此，研制抗污染性能好、通量高、价格低 的膜及膜组件是今后的研究重点。目前廉价、能耗低的新型膜生物反应器还处理 研究阶段，还需要在实际应用中发挥更多作用。 1 生物膜膜生物反应器 在m b r 中加入填料，使微生物在填料的表面附着、生长、繁殖以形成生物膜， 生物膜一膜生物反应器具有较强的适应性和稳定性，系统的复杂生态结构使其具 备了较强的抗冲击负荷能力。 尤朝阳等【2 2 1 向m b r 中加入泡沫填料发现，填料的加入能够丰富系统中微生 物的种类，提高反应器的处理能力和稳定性，缓解膜污染的发生，促进氨氮分解。 1 4 中山大学硕士学位论文 成英俊等【2 3 】向m b r 中投加聚乙烯悬浮填料，在有效容积为1 1 l 的m b r 池内 考察了生物膜一膜生物反应器对生活污水中污染物的去除效果，研究结果表明， 投加填料使有机污染物的去除能力得到增强，总氮、总磷的平均去除率由4 5 5 和4 7 2 分别增至5 7 4 和7 1 8 ，且延缓了膜污染。 2 动态膜生物反应器 m b r 在运行过程中，膜的表面会被污染物所覆盖，造成膜污染，但同时也有 利于病毒和有机物的去除，提高出水水质。因此，众多学者将目光投向了动态膜 生物反应器。 g t s e o 等【2 4 1 用聚丙烯质地的无纺布分别制成板式和管式动态膜组件，同时 置于a o 工艺的曝气池中进行实验，在实验过程中，管式膜组件的出水压力优 于板式膜组件，出水s s 5m g l ，有机物和总氮去除率分别达到9 5 和5 0 ，在 投加聚铝的情况下，总磷的去除率为8 5 。 范彬等【2 5 1 用0 1m m 的筛绢包裹制成动态膜组件，在生物反应池内对城市污水 和生活污水进行了实验，研究表明，动态膜生物反应器可以在低至几毫米的水位 压差驱动下自流出水，对s s 具有较好的截留能力，且系统具有较强的抗冲击负荷 能力。 初里冰等f 2 6 1 用普通的工业滤布直接浸没在生物反应器内，制成动态膜生物反 应器来处理生活污水，结果表明，动态膜能够在滤布表面很快形成且稳定存在， c o d 和氨氮的平均去除率分别在7 8 和7 4 。 3 气升循环膜生物反应器 气升循环膜生物反应器是将m b r 与气升循环反应器的特点相结合形成的一 种复合式膜生物反应器，这种反应器具有运行能耗低，膜表面的流体流动状态好 等特点。 王孟杰等2 7 1 构建了处理量为1 5 6m 3 d 的中试装置，研究了气升内循环膜生物 反应器的能耗问题，研究表明该中试装置的气水比为2 1 ：1 ，有效单位产水能耗为 o 4 2k w h m 3 。 徐慧芳等【2 8 1 用气升循环分体式膜生物反应器处理厕所污水，出水可直接用于 厕所冲洗，由于反应器与膜单元之间的循环无需循环泵，因此该工艺的运行能耗 小于1k w h m 3 。 中山大学硕士学位论文 4 p a c 一膜生物反应器 向m b r 中投加粉末活性炭( p a c ) 构成p a c - - m b r 组合工艺，投加p a c 能够 吸附污染物。增加污染物与活性污泥的接触时间；另外，p a c 表面能够形成生物 膜，从而可以提高m b r 对难降解有机物和氨氮的降解能力。 y a o z h o n gl i 等2 9 l 在有效容积为1 7 2l 的生物反应池内对p a c m b r 与m b r 进行了对比，实验发现，由于加入p a c ，抑制了污染物在膜表面的积累，使临界 通量增大约3 2 ，膜阻力减小约4 4 。 gs e o 等【3 0 】在有效容积5l 的反应器中进行氨的氧化研究，向其中一个反应 器中投加质量浓度为4 0 l 的p a c ，水温分别控制在2 5 、1 0 、4 、2 。c 。研究结果 表明，在水温低于4 。c 时投加p a c 的反应器能够明显地促进氨的氧化，其氧化速 率几乎是没有投加p a c 的反应器的4 倍。两周后，没有投加p a c 的反应器内膜阻 力是投加p a c 的反应器的7 倍，这说明p a c 的投加能够很好地延缓膜污染，增加 膜的使用寿命。 1 2 5 膜生物反应器在污水处理应用中存在的问题 虽然m b r 显示出许多传统污水处理工艺无法比拟的优势，但同时也存在以下 的不足，从而限制了其应用推广： 1 膜组件多采用有机膜或无机膜，价格昂贵，致使m b r 工艺投资偏高。 2 在运行过程中，膜表面易被污染物所覆盖，引起膜污染，因此需要经常进 行膜的在线清洗和化学清洗。 3 m b r 的核心部件是膜组件，要求系统的温度、p h 、压力等参数要适合膜组 件的工作环境。 4 膜组件对某些化学物质敏感，使得m b r 在某些应用领域受到限制。 5 膜污染在任何膜过程中都存在，是m b r 运行中一系列使膜阻力增加的因素 的总称。膜污染导致膜通量下降，甚至造成膜无法继续使用，需要定期清 洗和更换，使运行费用增加，因此膜污染是制约m b r 在污水处理中进一步 推广应用的关键因素。改变反应器结构和优化操作条件、混合液的有效预 处理、膜组件的清洗是当前解决膜污染的主要措施。继续研究和探索能有 效地控制和清洗膜污染的方法是目前膜污染问题研究的重点。 1 6 中山大学硕士学位论文 随着水资源的日益匮乏、水污染形势的严峻、人类环保意识的增强及我国水 质标准和法规的日趋严格，使m b r 技术在污水处理领域受到前所未有的重视，如 今该技术以其突出的优势已成为实现污水再生回用和废水资源化的一项极具竞争 力的新技术，并可能会成为2 1 世纪污水处理及再生回用的主流技术。 1 3 膜生物反应器在中药废水处理中的研究 1 3 1 中药废水处理的研究概况 中药生产历史悠久，生产的中药剂型多种多样。中药生产的工艺烦琐复杂， 各剂型如片剂、丸剂、胶囊、口服液制剂等生产工艺各不相同，其生产废水产生 的途径也各不相同。但总的来说有以下几种：各生产工序清洗用水及地坪的冲洗， 如前处理、片剂、丸剂、胶囊、口服液生产工序等；蒸煮提取生产工序产生的药 汁残液及有机溶剂回收釜底液等；设备清洁、清洗用水、锅炉冲灰水及烟气除尘 水；清洗清洁工具的废水；生活废水。其中以煎煮提取产生的原药药汁残液、过 滤、蒸馏、萃取等单元操作中所排废水水量最大，污染程度最高。 中药废水污染物基本上为天然物质。主要含各种天然有机污染物，其主要成 分为糖类、有机酸、单宁、生物碱、甙类、葸醌、蛋白质、淀粉及其水解产物等， 它们绝大部分是水溶性的。中药废水还有部分污染物是水不溶性的，主要是泥沙、 植物纤维( 如木质素等) 、悬浮物等。部分中药生产提取工序因使用有机溶剂，如醇 提工序，因而产生高浓度有机溶剂废水。 中药生产过程中不同药物品种和生产工艺不同，所产生的废水水质及水量有 很大的差别，而且由于产品更换周期短，废水水质、水量经常波动，极不稳定。 中药废水污染主要表现为高浓度有机废水的污染，其特点是：有机污染物浓度高、 悬浮物尤其是木质素等比重较轻、难于沉淀的有机物质含量高、色度较高、废水 的可生化性较好、多为间歇排放、污水成分复杂、水质水量变化较大。中药废水 的上述特点决定了其处理难度较大。 中药废水处理工程实践应用中，主要采用的工艺主要有s b r 工艺、两相厌氧 一好氧工艺、多段活性污泥工艺、水解酸化一接触氧化工艺、水解酸化一两级接 触氧化工艺、微电解一生物接触氧化工艺以及交叉流好氧法工艺( c a r ) 等。 1 7 中山大学硕士学位论文 韩相奎，崔玉波等【3 1 1 采用s b r 法处理吉林敖东药业集团口服液生产车间产生 的中药废水。在进水c o d 为6 3 3 2 之4 1 1 2 6m g l 条件下，经1 8 h 曝气处理，出水 c o d 均在1 5 8 3 m g l 以下，c o d 去除率达8 3 3 - 9 8 1 。舒晓春等【3 2 】采用s b r 工艺应用于湖北省仙桃市中药厂中药生产废水处理工程的实践，当进水c o d 。，为 2 5 0 m g l ，b o d s 为1 2 0 m g l ，出水c o d c ，为4 9 m g l ，b o d s 为2 0 m g l ，c o d 。，的 去除率达8 0 ，b o d 5 的去除率达8 3 。 施悦等m 采用采用两相厌氧一好氧工艺系统治理哈尔滨中药二厂高浓度难降 解有机生产废水，现场调试运行结果表明，当处理进水浓度高达7 0 0 0 m g l 以上， 且废水可生化性差( b o d 5 c o d 0 2 ) 的情况下，两相厌氧工艺系统c o d 总去除 率可达9 3 o 以上，是整个工艺系统出水达标排放的重要前提。 戈军等【3 4 1 采用多段活性污泥法处理吉林某药业股份有限公司产生的中药废 水。运行结果表明，尽管进水有机物浓度很高，但该工艺运行稳定，对c o d 和b o d 5 的去除率均超过9 9 ，出水水质达到污水综合排放标准( g b8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的 一级标准。 台明青等【3 5 】采用水解酸化一接触氧化法处理河南某药业有限公司的中药废 水。结果表明用该工艺处理中药废水可使出水达到二级排放标准，且水解酸化工 段是该工艺的关键。袁守军等【3 6 】采用水解酸化一两级接触氧化法处理以生产针剂、 片剂和饮剂为主的安徽省某中成药生产企业的中药废水。经处理后的废水达到二 级排放标准。 王永广、张键3 7 1 在清洁生产、清污分流的基础上处理扬州中药厂综合废水， 在进水c o d 。r 4 0 0 - - - - 2 0 0 0 m g l 情况下，采用微电解一生物接触氧化工艺处理后， 废水排放达至u ( g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ) 中一级标准