MBR工藝處理腈綸廢水研究進(jìn)展

劉晨，張洪林，邱峰，李長(zhǎng)波，馬會(huì)強(qiáng)

（遼寧石油化工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，遼寧撫順113001）

MBR工藝處理腈綸廢水研究進(jìn)展

劉晨，張洪林，邱峰，李長(zhǎng)波，馬會(huì)強(qiáng)

（遼寧石油化工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，遼寧撫順113001）

通過(guò)對(duì)干法腈綸廢水的產(chǎn)生及其特點(diǎn)以及它的處理研究現(xiàn)狀的描述，對(duì)國(guó)內(nèi)腈綸生產(chǎn)廢水處理方法和現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，認(rèn)為目前國(guó)內(nèi)已工業(yè)化應(yīng)用的腈綸廢水處理技術(shù)不能達(dá)到理想效果。膜生物反應(yīng)器(membrane，簡(jiǎn)稱(chēng)MBR)是通過(guò)膜技術(shù)來(lái)強(qiáng)化生物反應(yīng)器的廢水處理新工藝。針對(duì)水資源短缺、水污染嚴(yán)重和用水量增加的狀況，應(yīng)用膜生物反應(yīng)器(MBR)處理腈綸污水，以推動(dòng)我國(guó)含氰廢水處理技術(shù)的不斷完善和發(fā)展。

腈綸廢水；處理技術(shù)；膜生物反應(yīng)器

前言

腈綸化工廠生產(chǎn)過(guò)程中排放多種有機(jī)化工廢水，應(yīng)用現(xiàn)有的工藝處理腈綸廢水，處理效果不理想，并且對(duì)排放水域造成一定程度的污染。目前，遼寧撫順石化公司腈綸廠、浙江金甬腈綸廠、河北秦皇島市腈綸廠、廣東茂名市腈綸廠和山東齊魯石化公司腈綸廠。污水處理裝置均為厭氧-好氧-生物活性炭處理工藝，處理效果很不理想[9]。

針對(duì)現(xiàn)有的狀況，必須從根本上加以解決，否則將勢(shì)必制約腈綸化工廠的生存和發(fā)展。近年來(lái)我國(guó)對(duì)于腈綸廢水處理的報(bào)道不多，對(duì)該課題的研究還不夠深入。本文旨在引起國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)MBR工藝處理腈綸廢水的關(guān)注。

1 MBR工藝概況

膜生物反應(yīng)器（Membrane Bioreactor MBR）[5]集生物反應(yīng)器的生物降解和膜的高效分離于一體，是膜技術(shù)和污水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合產(chǎn)生的新型高效污水生物處理工藝。目前，膜正在被廣泛用于城市用水的凈化以及生活污水和工業(yè)廢水的處理[7～8]。這些工藝的發(fā)展動(dòng)力源于日益嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)對(duì)小型、高效的水處理工藝需求[6]。用于廢水處理的膜生物反應(yīng)器(MBR)是其中一項(xiàng)很有發(fā)展前景的工藝。

1.1 MBR工藝特點(diǎn)

（1）出水水質(zhì)優(yōu)良穩(wěn)定；（2）容積負(fù)荷高，占地面積小，整個(gè)系統(tǒng)流程緊湊；（3）剩余污泥產(chǎn)量少；（4）易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，運(yùn)行管理方便。

1.2 MBR所用濾膜及膜組件

在MBR工藝中，超、微濾膜分離的對(duì)象是活性污泥混合液?；钚晕勰嗷旌弦褐饕ɑ钚晕勰嗪捅惶幚淼奈鬯?，而活性污泥是由各種膠體、絮狀物和微生物（絕大部分是各種細(xì)菌）組成。

濾膜大都為較小孔徑的微濾膜或較大截留相對(duì)分子質(zhì)量的超濾膜，孔徑范圍為0.1～0.5mm。疏水性的聚烯烴一般做成中空纖維式膜組件，而親水性的聚砜、纖維素膜一般做成平板式膜組件。

1.3 MBR工藝的應(yīng)用

自從1995年以來(lái)，我國(guó)膜生物反應(yīng)器污水處理技術(shù)的研究工作開(kāi)始全面展開(kāi)，多家科研院所進(jìn)行了此方面的研究，中院生態(tài)環(huán)境研究所用A／O膜生物反應(yīng)器進(jìn)行高濃度廢水處理的試驗(yàn)研究，研究表明MBR在膜污染機(jī)理與控制、工業(yè)污水處理與回用方面的研究取得較滿(mǎn)意的結(jié)果。2000年，顧平采用國(guó)產(chǎn)中空纖維膜對(duì)生活污水做了中試規(guī)模的MBR研究，結(jié)果表明：MBR工藝出水懸浮物為零，細(xì)菌總數(shù)優(yōu)于飲用水標(biāo)準(zhǔn)，COD和氨氮的去除率都高于95%，出水可直接回用[13]。

1.4 膜污染的形成

進(jìn)料中的某些懸浮固體，膠體粒子和各種溶質(zhì)分子與膜材料或膜材料上已吸附組分間相互作用，而在膜表面或膜孔中吸附、沉積，使膜滲透通量與分離特性產(chǎn)生不可逆衰減，即膜經(jīng)過(guò)反復(fù)清洗后通量仍無(wú)法恢復(fù)的現(xiàn)象[19]。

1.5 發(fā)展方向

為了使MBR早日得到廣泛應(yīng)用，可從以下幾方面努力：①研制、開(kāi)發(fā)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐酸堿腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度好、單位面積透水量大、能長(zhǎng)期在受壓條件下運(yùn)轉(zhuǎn)、價(jià)格低廉的高性能膜材料；②深度探討膜污染的成因，尋求減少膜污染，快速恢復(fù)通量的對(duì)策；③探索新的MBR形式，力求工藝靈活多樣，降低動(dòng)力能耗[20]。

2 腈綸廢水研究方法的分析

許謙進(jìn)行了SBR工藝處理腈綸廢水的試驗(yàn)，用該法處理后產(chǎn)生難于生化氧化的氮氧物質(zhì)，需進(jìn)一步處理，因此SBR工藝適于作為預(yù)處理手段[4]。

粉末活性炭（PAC）法，又稱(chēng)為活性污泥-粉末活性炭（AS-PAC）法，是由美國(guó)杜邦公司開(kāi)發(fā)的一種活性炭吸附生物氧化技術(shù)[2]?；钚蕴堪l(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積對(duì)水中溶解的有機(jī)物有良好的去除效果。PAC在給水處理中的使用已有80年左右的歷史，粉末活性炭對(duì)水中色、臭和味及其他有機(jī)物的去除效果十分顯著[15～17]。

對(duì)腈綸廢水處理效果較好的工藝有AB工藝（B段采用兩相厭氧—缺氧—好氧工藝）。AB工藝[11]是通過(guò)A段（曝氣吸附池和沉淀池）對(duì)懸浮性和膠體有機(jī)物進(jìn)行較徹底地去除，使COD在非生物降解的階段就得到很大的去除，在B段中兩相厭氧能很好地消除硫酸根離子的干擾，提高COD的去除效率，缺氧好氧階段對(duì)氨氮的轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到100%，總氮的去除率達(dá)到60%～65%，經(jīng)該工藝處理后的最終排水可達(dá)到腈綸工業(yè)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

水解酸化反應(yīng)—生物流化床—硝化反應(yīng)工藝[12]首先是將厭氧反應(yīng)控制在水解、酸化階段，在大量水解細(xì)菌的作用下將不溶性的有機(jī)物水解為溶解性的有機(jī)物，將大分子物質(zhì)、難降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于生物降解的小分子物質(zhì)。然后到生物流化池中使載體粒子和污水在池內(nèi)翻動(dòng)，被生物包覆與待處理的底物充分接觸，在供氧充分的情況下進(jìn)行良好的生化處理，最后進(jìn)入硝化過(guò)程，將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，然后再進(jìn)一步氧化為硝酸鹽，從而達(dá)到去除氨氮的效果。經(jīng)過(guò)該工藝處理后的腈綸廢水也能達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 MBR工藝在腈綸廢水處理中發(fā)展趨勢(shì)

3.1 腈綸廢水的特點(diǎn)

（1）污染物組成復(fù)雜，毒性高；（2）存在著有機(jī)磺酸鹽，EDTA，壬基酚聚氧乙烯醚等難生物降解物質(zhì)，還有一定的硫酸根、亞硫酸根等生物抑制性成分，造成廢水的可生化性很低；（3）廢水中還存在著油劑、各種相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物，這些物質(zhì)以膠體、懸浮物的形式存在于水中，難以自然沉降[21]。

3.2 MBR工藝處理腈綸廢水的優(yōu)勢(shì)

針對(duì)腈綸廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，用膜生物反應(yīng)器（MBR）處理腈綸廢水具有很大的優(yōu)勢(shì)。MBR綜合了膜分離技術(shù)和生物處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，超、微濾膜組件能替代二沉池，更有效地進(jìn)行泥水分離，污泥回送反應(yīng)器內(nèi)，提高了反應(yīng)器內(nèi)污泥的濃度，以提高腈綸廢水中難生物降解物質(zhì)的去除率，膜還將有機(jī)物質(zhì)和高價(jià)鹽截留，以提高它們?cè)诜磻?yīng)器中的停留時(shí)間，通過(guò)活性污泥的降解和吸附作用，提高微生物對(duì)污水中有機(jī)物的處理能力，這對(duì)于去除腈綸廢水中的難以生物降解物質(zhì)非常有利。因此應(yīng)用膜生物反應(yīng)器（MBR）處理腈綸廢水，不論對(duì)于腈綸廢水處理技術(shù)的研究還是腈綸化工廠的發(fā)展都很有研究的價(jià)值。

3.2.1 MBR工藝對(duì)腈綸廢水中有機(jī)物的去除

在處理廢水時(shí)，MBR去除有機(jī)物的效率要比傳統(tǒng)的活性污泥法高得多，對(duì)COD的去處效率一般都在90℅以上。在MBR中，可以在比傳統(tǒng)活性污泥法更短的停留時(shí)間內(nèi)達(dá)到更好的去除效果，因此MBR在提高系統(tǒng)處理能力和提高出水水質(zhì)方面表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)[18]。

3.2.2 MBR工藝對(duì)腈綸廢水中TN的去除

由于膜組件的截留作用，污泥被全部截留在反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度很高，使得SRT可以很長(zhǎng)，這就為世代時(shí)間很長(zhǎng)的硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)創(chuàng)造了條件，使其數(shù)量增加，因此，MBR對(duì)氨氮的去除效果很好。據(jù)調(diào)查，在MBR中，由于膜對(duì)硝化細(xì)菌的截留作用，世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化細(xì)菌能夠大量的生存富集，因此大多數(shù)膜生物反應(yīng)器（MBR）對(duì)氨氮的去除率大于90%[18]。

3.2.3 MBR工藝對(duì)腈綸廢水中細(xì)菌和病毒的去除

MBR工藝用于污水的處理，經(jīng)過(guò)膜組件的截留，可以有效地去除水中的細(xì)菌和病毒，省去后續(xù)的消毒工藝，顯示其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，有人將MBR工藝稱(chēng)為消毒工藝中的一項(xiàng)“綠色技術(shù)”。但是應(yīng)該注意，MBR雖然對(duì)于細(xì)菌和病毒的有很好的去除作用，但是如果膜組件長(zhǎng)期運(yùn)行，可能會(huì)在出水管內(nèi)滋生細(xì)菌，造成出水細(xì)菌的超標(biāo)，因此應(yīng)定期對(duì)膜組件和出水管內(nèi)壁進(jìn)行消毒處理[18]。

3.2.4 膜法處理腈綸廢水的應(yīng)用

目前，已有學(xué)者對(duì)膜法處理腈綸廢水進(jìn)行了初步探索，但還沒(méi)有一套成熟的膜工藝。有學(xué)者[14]對(duì)腈綸廢水中的熱牽伸水和水洗機(jī)水進(jìn)行了超濾試驗(yàn)，并考察了試驗(yàn)的可行性，發(fā)現(xiàn)膜處理效果非常好，處理后的水可以直接進(jìn)行回用。此外，還有學(xué)者采用疊片式過(guò)濾器+超濾+反滲透的膜集成技術(shù)處理腈綸洗滌水，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)最終的反滲透處理后腈綸洗滌水的COD去除率在95%以上，處理效果好，運(yùn)行較穩(wěn)定，污染小，故該方法在腈綸廢水處理方面有良好的前景。但是，上述膜處理的都是腈綸廢水的某工段出水，對(duì)整個(gè)腈綸廠其它工段出水的處理效果還有待于進(jìn)一步考察。

基于以上，應(yīng)用膜生物反應(yīng)器（MBR）處理腈綸廢水，對(duì)研究腈綸廢水處理技術(shù)，有很大的指導(dǎo)意義，并且對(duì)MBR工藝的發(fā)展有重要的促進(jìn)作用。

3.3 影響MBR處理腈綸廢水的控制參數(shù)[18]

3.3.1 混合液懸浮污泥濃度（MLSS）

它不僅影響有機(jī)物質(zhì)的去除能力，還對(duì)膜通量產(chǎn)生影響。

3.3.2 污泥停留時(shí)間和水利停留時(shí)間

MBR的另一個(gè)特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)分別控制污泥停留時(shí)間（SRT）和水利停留時(shí)間（HRT），使MBR工藝控制更加靈活。

3.3.3 溶解氧

MBR法多數(shù)采用好氧微生物降解廢水中的難以降解的物質(zhì)，所以必須保持充足的溶解氧以維持污泥的活性。

3.3.4 抗COD負(fù)荷沖擊性

MBR出水水質(zhì)穩(wěn)定，耐COD負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，已得到許多研究者的證實(shí)。

3.3.5 溫度

溫度是決定膜生物反應(yīng)器凈化效果的重要參數(shù)之一，因?yàn)闇囟鹊母叩椭苯佑绊懩ど锓磻?yīng)器內(nèi)微生物的活性。

3.3.6 填料

在反應(yīng)器中添加填料，通過(guò)填料上生長(zhǎng)的生物膜，來(lái)提高反應(yīng)器內(nèi)總的生物量，并降低懸浮污泥濃度，可以延緩膜組件的污染。同時(shí)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力，提高系統(tǒng)處理效果。

4 結(jié)論

腈綸廢水中含有較多的污染物質(zhì)，其中一些為難以生物降解并難以自然沉降的高分子聚合物，因此較難處理，對(duì)環(huán)境的污染危害很大。據(jù)了解。目前國(guó)內(nèi)腈綸企業(yè)現(xiàn)有的廢水處理裝置處理的效果一般都不太理想。

針對(duì)現(xiàn)狀，選擇采用MBR工藝處理腈綸廢水。MBR工藝將分離工程中的膜技術(shù)應(yīng)用于廢水處理系統(tǒng)，大幅度提高了生物反應(yīng)器中的混合液的濃度，使泥齡增長(zhǎng)，有利于降解腈綸廢水中難以生物降解的物質(zhì)。并且膜生物反應(yīng)器工藝具有處理效率高，占地面積小，剩余污泥量少，出水水質(zhì)好易實(shí)現(xiàn)自控等許多常規(guī)工藝無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，因此，應(yīng)用MBR工藝處理腈綸廢水具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

［1］楊曉奕.混凝一兩相厭氧一缺氧一好氧工藝處理腈綸廢水的研究［J］.給水排水，2001，27（6）：40～44.

［2］李鴻旺.美國(guó)工業(yè)廢水處理新技術(shù)［J］.給水排水，2000，24（8）：32～33.

［3］韓洪軍.污水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)與計(jì)算［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998.

［4］許謙.間歇式活性污泥法處理腈綸廢水的研究［J］.撫順加工技術(shù)，1998，（3）：7～15.

［5］蘭州鐵道學(xué)院.污水處理的基本方法及應(yīng)用［M］.中國(guó)鐵道出版社，2003.

［6］MOGENS HENZE.Trends in advanced wastewater treatment［J］.Wat Sci Tech，1997，35（10）：1～4.

［7］YASOMOTO MGARA ． Advanced membrane technology for application to water treatment［J］.Wat Sci Tech，1998，37（10）：91-99.

［8］KA YAMAMOTO.Membrane potentia1［J］.Wat Sci Tech，1997，.

［9］王琴.腈綸廢水處理的問(wèn)題與對(duì)策［N］.中國(guó)紡織報(bào)，2003，9～25.

［10］毛剛.膜法水處理技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2000：35～43.

［11］楊曉奕，師紹琪，蔣展鵬.混凝—兩相厭氧一缺氧—好氧工藝處理腈綸廢水的研究［J］.給水排水，2001，27（6）：40～45.

［12］汪宏渭，孫在柏，孫國(guó)華.干法腈綸廢水處理工藝的研究［J］.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2004，（3）：30～32.

［13］朱杰，付永強(qiáng)，魏劍斌，等.MBR技術(shù)在廢水處理中的研究現(xiàn)狀及展望［J］.污染防治技術(shù)，2003，4（16）：96～97.

［14］郝旺春，劉恩華，李然，等.膜法處理腈綸廠廢水［J］.水處理技術(shù)，2004，30（5）：297～299.

［15］井出哲夫.水處理工程理論與應(yīng)用［M］.張自杰，譯北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［16］北川睦夫.活性炭處理水的技術(shù)與管理［M］.丁瑞芝，譯北京：新時(shí)代出版社，2001.

［17］炭素材料學(xué)會(huì).活性炭基礎(chǔ)與應(yīng)用［M］.高尚愚，譯.山東：中國(guó)林業(yè)出版社，2004.

［18］呂炳南，陳志強(qiáng).污水生物處理新技術(shù)［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005：115～116.

［19］WOUTER GHYOOT.Nitrogen Removal from Sludge Reject Water with a Membrane Assisted Bioreactor［J］.Wat Res，1999，33（1）：23～32.

［20］蔡邦肖.膜技術(shù)在污水治理及回用中的應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：99～100.

［21］蔡曉東，鄭幗.腈綸廢水處理的問(wèn)題和研究現(xiàn)狀［J］.工業(yè)水處理，2006，26（3）：12～15.

［22］李秀芬，傅學(xué)起，胡國(guó)臣.膜生物反應(yīng)器在廢水處理中的優(yōu)勢(shì)［J］.工業(yè)水處理，2001，21（8）：7～10.

［23］顧國(guó)維，何以亮.膜生物反應(yīng)器在污水處理中的研究和應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：32～35.

［24］劉穎，高艷玲，呂立宏.MBR技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用［J］.沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，18（2）：71～72.

［25］趙方波，于水利.淹沒(méi)式膜生物反應(yīng)器中膜污染機(jī)理的研究［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，25（3）：385～391.

［26］蘇宏，靖大為.膜集成技術(shù)處理腈綸廢水工藝研究［J］.天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，12（3）：215～218.

［27］CIUDAD G.Differential kinetics of ammonia.And nitrite-oxidizing bacteria：A simple kinetic study based on oxygen affinity and proton release during nitrification［J］.Process Biochem.，2006，41（8）：1764～1772

［28］STEPHENSON T，JUDD S，JEFERSON B，et a1.Memb rane bioreactors for wastewater treatment［C］.London：IWA Publishing，2000：159～l60.

［29］TAN G，KIRAN K，ZHAO W，et al.Membrane bioreactors for water reclamation［J］.Water Science and Technology，2005，51（6～7）：431～440.

The Development Progress in Study on Acrylic Fiber Wastewater Treatment with Membrane Bioreactor

LIU Chen，ZHANG Hong-lin，QIU Feng，LI Chang-bo and MA Hui-qiang
(College of Environmental and Biological Engineering，Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，China)

According to the description of the production and characteristic of acrylic fiber wastewater and the present research on treatment，the domestic treatment method and present situation of acrylic fiber wastewater are analyzed.It is concluded that at present in China all the industrialized technologies for treating acrylic fiber wastewater have not achieved ideal effects.Membrane bioreactor（MBR）is a novel technique which uses membrane technology to reinforce the bioreactor in wastewater treatment.In order to alleviate the situation of water shortage，much more serious polluted water and increased water consumption，the membrane bioreactor（MBR）is applied to treat acrylic fiber wastewater so as to unceasingly perfect and develop technologies for treating cyanogen containing wastewater in China.

Acrylic fiber wastewater；treatment technology；MBR

book=32,ebook=32

X743.12

A

1001-0017（2010）04-0048-04

2010-01-28

劉晨（1984-），女，山東蓬萊人，碩士研究生，研究方向?yàn)槲廴疚锾幚砑百Y源化。