工业废水处理中MBR的应用

1、- -712010年第19期（总第154期）NO.19.2010 （CumulativetyNO.154）摘要：文章对膜生物反应器（MBR）的发展史、技术特点作了简要概括，并结合实例分析了MBR 工艺在处理石化区废水的成功运行经验。关键词：膜生物反应器；工业废水；废水处理工艺中图分类号：X703文献标识码：A 文章编号：1009-2374 （2010）19-0071-03工业废水是在工矿企业生产活动中用过的水。工业废水可分为生产污水和生产废水两类。生产污水是指在生产过程中所形成，并被生产原料、半成品或成品等废料所污染，也包括生产过程中产生的高温（水温超过60）水；生产废水是指在生产过程中形成，

2、但未直接参与生产工艺，未被生产原料、半成品或成品污染只是温度稍有上升的水。生产污水是需要处理的，生产废水则是不需要处理或只需要简单的处理的，如冷却。随着工业化的发展，大量工业污水、废水的肆意排放带来了严重的水环境污染并导致全球的水资源短缺。因此，水处理的科学研究和水处理工业的发展已成当务之急。 膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor，简称MBR，是由膜分离和生物处理结合而成的一种新型、高效的污水处理技术，它是将分离工程中的膜技术应用于好氧活性污泥处理系统，由膜组件取代传统生物处理技术中的二次沉淀池和砂滤池。随着膜材料和制膜技术的发展，其应用领域不断扩大，已经涉及到化工、电子、轻

3、工、纺织、冶金、食品、石油化工和污水处理等多个领域。1膜生物反应器（MBR）的发展1969年， Smith 等人首次将活性污泥法与超滤膜组件相结合，用于处理城市污水的工艺研究，大胆地提出了用膜分离技术取代常规活性污泥法中的二沉池，利用膜具有高效截留的物理特性，使生物反应器内维持较高的污泥浓度，在F/M低比值下工作，这样就可以使有机物尽可能地得到氧化降解，提高了反应器的去除效率，这就是MBR 的最初雏形。1970年，Hardt 等人使用完全混合生物反应器与超滤膜组合工艺处理生活污水，获得了98%的COD 去除率和100%去除细菌的结果；1971年，Bemberis 等人在污水处理厂进行了MBR

4、试验，取得了良好的试验结果；1972 年，Shelf 等开始可厌氧型膜生物反应器的研究工作；1978年，Bhattacharyya 等人将超滤膜用于处理城市污水，获得了非饮用回用水；1978年，Grethlein 利用厌氧消化池与膜分离进行了处理生活污水的研究，BOD 和TN 的去除率分别为90%和75%；1980 年以来，好氧膜生物反应器在日本开始大规模的应用。在南非，厌氧膜生物反应器的研究应用也越来越多。我国关于膜生物反应器的研究始于20 世纪 90年代。1994年，华东理工大学林哲等进行了完全混合曝气池与 PE 微孔过滤管系统处理模拟废水的研究。19951997 年 ，清华大学钱易等研究

5、了平板超滤组件、无机陶瓷膜组件与活性污泥系统构成的膜生物反应器，以及中空纤维一体式膜生物反应器处理生物污水的性能。 1997 年，中科院生态中心樊耀波等进行了膜生物反应器净化石油化工废水的研究。2膜生物反应器（MBR）的技术特点2.1膜生物反应器（MBR）的优点(1占地面积小，工艺设备集中。(2工艺参数易于控制。膜的高截流作用，使微生物完全截流在反应器内，实现了反应器水力停留时间（ HRT） 和污泥龄（SRT）的完全分离。反应器内可控制较长的 SRT，使世代时间较长的硝化细菌得以富集，提高消化效果。同时，膜分离技术使废水中的大分子难降解成分，在有限体积的生物反应器中有足够停留时间，以达到较高去

6、除率。 反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行，可以实现基本无剩余污泥排放。(3出水水质好。用膜组件取代二沉池，可使生物反应器内获得比活性污泥高出很多的生物浓度，极大地提高了生物降解能力。其分离效果比传统的沉淀池要好，通过膜分离装置所获得的水质很好，达到生活杂用水水质标准(CJ25.1- 89，可以直接再利用。(4易于自动控制管理。膜分离单元不受污泥膨胀等因素的影响，易于设计成自动控制系统，便于管理。2.2膜生物反应器（MBR）的缺点2.2.1膜生物反应器（MBR）的能耗高要想降低能耗，主要是设备选型合理，工艺流程设计优化。因为膜生物反应器（MBR）的能耗主要来自供水泵、循环泵、 渗透水

7、抽吸泵和曝气系统。能耗值与膜通量、膜污染状况、污泥浓度、曝气量、 系统规模、泵的选型及设计均有关系。2.2.2容易出现膜污染，给操作管理带来不便，使运行费用提高影响膜污染的主要因素包括膜的性质、料液性质和膜分离操作条件。因此，需要对膜生物反应器（MBR）进行工业废水处理中MBR 的应用常兴明（南宁市华园建筑安装工程总公司，广西 南宁 530000）72改进，在设计过程中，根据水质和水处理要求选择膜材料；为了达到膜组件进水的水质指标，需要对料液进行预处理；通过实验选择合适的操作运行条件；为了防止滞留物在此变质，扩大膜污染，在设计中，注意减少设备结构中的死角和死空间间隙；防止微生物、细菌及有机物的

8、污染。同时，还需要通过反冲洗等清洗方法，及时对膜污染进行处理。3膜生物反应器（MBR）在我国废水处理中的应用我国在2000 年将膜材料和膜产业列为国家重点支持的22 项化工产业之一。目前全国已有膜科学与技术的研究开发单位上百个，形成了基本配套的几千人的研究和技术开发队伍，已有膜工业企业数百家。目前，国内使用膜生物反应器（MBR）工艺主要处理:生活污水、医院污水、粪便污水、石化废水、食品废水、印染废水、垃圾渗滤液等。使用的膜材料和膜组件主要包括中空纤维有机膜（聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚枫、聚丙烯睛等）、无机陶瓷膜等。其中，工程应用的膜组件以中空纤维为主。4实例分析4.1工程概况某石化工业区污

9、水处理厂，首期建设规模为25000m 3/d，工业区位于沿海地区，水质复杂多样（包括石化区多家进驻企业的工业废水和生活污水，水量不稳定）、当地环保部门对污水排放要求 （CODer<60mg/L） 高于一般标准，经过全面的技术、经济分析和对比，最终选用膜生物反应器（MBR）工艺对工业区内的综合污水进行处理。4.2工艺流程此套污水处理工艺主要由前处理系统、生化处理系统、出水系统及污泥处理系统组成。前处理系统包括粗格栅、提升泵站、细格栅、沉砂池和水解酸化反应池（ 兼事故调节池）。出水系统包括深度处理回用装置和直接排放装置。污泥处理系统包括污泥回流装置和污泥脱水及泥饼外运装置。生化处理系统包括生

10、物选择池和MBR 生化池。工艺流程如图 1 所示： 图2 膜组件的作用机理示意图系统设有在线清水反洗、在线化学反洗及离线化学清洗- -73装置，以保证 MBR 膜组件具有良好的水通量（能够持续、稳定地出水）、防止膜污染并延长膜的使用寿命。为了恢复膜通量，在线清水反洗是按一定周期、以膜组件为单位由PLC 自控系统控制依次进行自动反洗；在线化学反洗是根据跨膜压力大于30kPa 时，按一定周期（一般每月一次） 进行的，清洗药剂为12的柠檬酸溶液或0.30.5的NaCIO 溶液；离线化学清洗是当在线清洗无法恢复初始通量或运行半年以上时进行的， 清洗药剂为0.51.5的 NaOH 溶液、0.30.5的N

11、aCIO 溶液或12的柠檬酸溶液，具体使用哪种、多少药剂需根据膜污染物类型而定。 4.4处理结果此套膜生物反应器（MBR）污水处理工艺经调试后开始接收已进驻石化区的部分企业的化工综合污水，此阶段的污水处理量约为2000m 3/d，其两个多月的运行结果以COD cr 、BOD 5、pH、总磷、NH 3-N 值表示，如图3 图5 所示：图3 进出水COD cr 值图4 进出水BOD 5 值图5 出水NH 3一N 和总磷的值由图3和图4可知，虽然石化区污水（即进水） 污染物浓度的波动非常大， 但经此套工艺处理后COD cr 和BOD 5都完全可以达到排放标准（CODcr mg/L，BOD 520mg

12、/L） 。由图5可以知道，污水经处理后的NH 3-N 值完全能够达到排放标准（NH3-N 10 mg/L） ； 总磷值在 3月 7日之前是在达标界线值（0.5 mg/L） 上下小范围内波动， 经工艺调试后也完全能够达到排放标准。由运行效果可知，此套工艺处理化工综合污水的效果非常理想。结语随着废水资源化处理的迫切需求及排放水质标准的不断提高， 膜生物反应器（MBR）以其系统占地小、耐冲击负荷、出水水质好且稳定、易于实现自动控制等显著优点，近年来在世界范围越来越被广泛应用。但是该工艺也有一定的局限性，例如用于污水处理领域的膜的生产成本较高，且膜的使用寿命较短，更换膜组件的费用约占运行费用的50，从经济分析上来看，膜的使用成本较高是膜生物反应器（MBR）工艺获得更广泛应用的最主要障碍之一。尽管在研究膜生物反应器（MBR）这种高效污水处理工艺技术及设备过程中，还有很多问题亟待