膜分離技術(shù)在MBR出水深度處理技術(shù)中的應(yīng)用

曲 磊，楊曉超

（1.天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物化工系，天津300350；2.西安華新能源工程有限公司，陜西 西安710054）

1 MBR技術(shù)原理

隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，傳統(tǒng)生物處理工藝已難以滿足日益嚴(yán)格的污水排放及回用標(biāo)準(zhǔn)，而經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展又對(duì)供水水質(zhì)提出了更高要求?；趯?duì)污水處理工藝的改進(jìn)，膜生物反應(yīng)器（MBR）將傳統(tǒng)生物處理單元和現(xiàn)代膜分離技術(shù)相結(jié)合，開創(chuàng)了污水處理技術(shù)的新紀(jì)元。

膜生物反應(yīng)器（MBR）將生物處理工藝與膜分離工藝有機(jī)結(jié)合，由膜組件代替二沉池進(jìn)行固液分離，這樣不僅可以將二沉池?zé)o法截留的游離細(xì)菌和大分子有機(jī)物完全阻隔在生物反應(yīng)池內(nèi)，提高懸浮固體的去除效率，而且延長(zhǎng)了硝化菌等生長(zhǎng)緩慢的細(xì)菌在反應(yīng)器中的停留時(shí)間。從而提高了硝化效率和難降解有機(jī)物的分解效率。該工藝克服了傳統(tǒng)工藝出水水質(zhì)不穩(wěn)定、污泥容易膨脹等問題。MBR相對(duì)于傳統(tǒng)方法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以有效地保持污泥活性，這是因?yàn)镸BR對(duì)大于膜孔徑的高分子微生物和絮狀物顆粒等有很好的截流作用，有利于產(chǎn)生較高的污泥質(zhì)量濃度從而加快生化反應(yīng)速率。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：較好的出水水質(zhì)?？梢匀コ袡C(jī)物和懸浮物在內(nèi)的大量雜質(zhì)和病毒、細(xì)菌等，具有優(yōu)良的消毒特性；污泥截留容易控制，有效達(dá)到泥水分離的要求；水力停留時(shí)間和固體停留時(shí)間分離，使運(yùn)行更穩(wěn)定；MBR利用緊湊的膜組件代替占地面積較大的二沉池，大大減小了構(gòu)筑物的占地面積；傳質(zhì)效率高，氧轉(zhuǎn)移效率可高達(dá)60%左右；模塊化。容易升級(jí)改造，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作管理方便等。用作污水處理的MBR工藝，是微濾（MF）或超濾（UF）膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥工藝有機(jī)結(jié)合而成的新型污水處理工藝，以出水水質(zhì)好、結(jié)構(gòu)緊湊和產(chǎn)泥率低等特點(diǎn)在污水處理及回用中發(fā)揮著越來越重要的作用。MBR對(duì)污染物的去除率分別為COD＞90%、BOD5＞95%、SS＝100%，出水濁度小于0.2NTU，可完全滿足RO或NF對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求。

2 MBR出水回用的問題分析

但由于現(xiàn)有MBR中通常采用微濾或超濾膜，出水中存在的微量污染物等可能會(huì)對(duì)回用水的安全性帶來一定影響，而對(duì)MBR出水進(jìn)行深度處理可進(jìn)一步提高其安全性，拓寬回用水的應(yīng)用范圍。但該法的處理出水不能夠滿足直接回用標(biāo)準(zhǔn)，需要針對(duì)生活雜用、市政雜用、工業(yè)冷卻等不同用水途徑，以城市污水及工業(yè)污水的二級(jí)處理出水為水源，以高效除磷脫氮、膜生物反應(yīng)器、微濾膜、反滲透、化學(xué)絮凝、沉淀過濾、生物過濾、電聚浮等單元技術(shù)為核心，通過不同組合方式，將現(xiàn)有的成熟技術(shù)最大程度整合，集中突破技術(shù)整合過程中的技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，研究開發(fā)或同時(shí)滿足生活雜用、市政雜用、工業(yè)冷卻水質(zhì)要求的城市污水再生利用工藝技術(shù)及配套設(shè)備。使處理后的再生水達(dá)到市政雜用、生活雜用、園林綠化、生態(tài)景觀、工業(yè)冷卻、回注地下水、發(fā)電廠鍋爐補(bǔ)給水等多種用途要求。

3 膜分離技術(shù)的應(yīng)用

在廢水處理中應(yīng)用的膜分離過程主要有微濾、超濾、納濾和反滲透，這些分離過程都是以壓力為驅(qū)動(dòng)力，廢水流經(jīng)膜面的時(shí)候，廢水中的污染物被截留，而水透過膜，實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢水的處理。

膜分離技術(shù)的高效截留作用使其在污水深度處理中占據(jù)重要地位，但存在預(yù)處理要求高等缺點(diǎn)。膜生物反應(yīng)器能截留污水中幾乎全部的生物量，出水水質(zhì)穩(wěn)定，能夠?yàn)槟し蛛x技術(shù)的使用提供良好的水質(zhì)環(huán)境。因此，膜分離技術(shù)與膜生物反應(yīng)器的結(jié)合在污水處理中有著良好的發(fā)展前景。

3.1 超濾

垃圾滲瀝液中長(zhǎng)期大量存在的腐殖酸（Humic substances，HS）是導(dǎo)致滲瀝液處理難度大、出水不易達(dá)標(biāo)的一個(gè)重要原因，生物處理（如MBR）出水中有機(jī)物主要由HS組成。HS是飲用水消毒副產(chǎn)物的重要前體物之一，同時(shí)它也是良好的土壤保肥劑，如果能使?jié)B瀝液中HS與無機(jī)鹽類、重金屬有效分離，則不僅可避免HS進(jìn)入地表水體，還可以將其作為液態(tài)肥料加以利用。

針對(duì)滲瀝液中腐殖酸（HS）濃度高而導(dǎo)致膜生物反應(yīng)器（MBR）出水難以達(dá)標(biāo)，以滲瀝液MBR出水為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用超濾技術(shù)對(duì)其中的HS進(jìn)行分離濃縮實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：濃縮液中總有機(jī)碳（TOC）、腐殖酸（HS）濃度均隨濃縮倍數(shù)升高而明顯增加［1］。

3.2 納濾處理

納濾膜能夠截留分子質(zhì)量為200～2 000的有機(jī)物，并且對(duì)無機(jī)離子也有一定的截留，適合于對(duì)MBR出水的深度處理。

3.2.1 印染廢水

Rozz i等［2］指出，MBR－NF組合應(yīng)用時(shí)出水水質(zhì)高且穩(wěn)定，各項(xiàng)回用指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)的生物處理－臭氧氧化－活性炭吸附組合工藝。

（1）采用MBR－NF工藝流程處理印染廢水。在 HRT為30h、MBR進(jìn)水COD、（NH3－ N）和TN 分 別 為 372～1 121，16.17～26.85，19.18～46.54mg／L的條件下，出水 COD、ρ（NH3－N）和TN分別為94，0.93，8.88mg／L，平均去除率分別為87%、95.8%和70.2%。處理效果優(yōu)于一般生物處理方法，出水水質(zhì)可以滿足GB 4287－92《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）MBR出水再經(jīng)過NF處理，出水COD、色度、ρ（總Fe）、ρ（總 Mn）和pH 分別 為11～30mg／L、2.3～7.4倍、0.065～0.095mg／L、0mg／L 和8.06～8.21，水質(zhì)可滿足印染工藝回用要求［3］。

3.2.2 生活污水

MBR－納濾組合工藝處理生活污水和超市廢水，對(duì)濁度物質(zhì)、有機(jī)污染物和營(yíng)養(yǎng)物都有很高的去除效果，對(duì)二價(jià)及多價(jià)離子的去除率也很高，并可部分去除單價(jià)離子。出水水質(zhì)低于城市生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)中絕大多數(shù)常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目中規(guī)定的限值，也可滿足循環(huán)冷卻水用再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)［4］。

3.2.3 衛(wèi)生填埋場(chǎng)滲濾液

垃圾滲濾液不同于一般城市污水，是一種成分復(fù)雜、有機(jī)物濃度極高的廢水。早期的填埋場(chǎng)滲瀝液COD較高，可生化性較好；隨著填埋齡的增加，COD將逐漸降低，氨氮?jiǎng)t逐漸升高，可生化性變差。傳統(tǒng)的垃圾滲瀝液的處理方法一般有物化法和生物法。

阿蘇衛(wèi)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)滲濾液在14年的運(yùn)行過程中，水質(zhì)即表現(xiàn)出了滲濾液典型特征。于1998年和2004年先后建成了氧化溝和碟式反滲透處理系統(tǒng)，基于實(shí)際運(yùn)行中系統(tǒng)存在著操作壓力大，預(yù)處理作用不明顯等缺點(diǎn)，在2007年改擴(kuò)建工程中采用了納濾膜技術(shù)。

在阿蘇衛(wèi)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)滲濾液改擴(kuò)建工程中，以膜生物反應(yīng)器（MBR）的出水為研究對(duì)象，考察了在一定的pH、進(jìn)水流量、操作壓力下納濾膜對(duì)CODcr、NH3－N和電導(dǎo)率的去除情況。結(jié)果表明：在設(shè)備初期運(yùn)行階段，在pH為7、操作壓力為0.5MPa時(shí)，納濾膜對(duì)CODcr的去除率達(dá)75%；對(duì)NH3－N的去除率較低，出水的NH3－N值略低于進(jìn)水；對(duì)電導(dǎo)率的平均去除率達(dá)55%。

3.3 反滲透（RO）

從MBR膜池排出的水經(jīng)UV消毒渠后，出水直接進(jìn)入RO反滲透膜系統(tǒng)，反滲透膜幾乎能夠去除水中全部溶解性物質(zhì)和微生物等，產(chǎn)生的優(yōu)質(zhì)回收（純）水可滿足工業(yè)用水和飲用水源補(bǔ)給水的要求。將MBR膜池作為RO工藝的預(yù)處理并與之結(jié)合構(gòu)成MBR－RO組合工藝，既可有效保證RO系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行、控制膜污染，還可獲得高質(zhì)量的回收水。

3.3.1 造紙廢水

針對(duì)某造紙廠生產(chǎn)廢水SS及難降解污染物含量高的特點(diǎn)，采用強(qiáng)化物化預(yù)處理MBR－RO工藝。工程實(shí)踐表明，MBR出水達(dá)到《造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3544－2001）一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，RO深度處理出水可達(dá)到該廠回用水標(biāo)準(zhǔn)［5］。

3.3.2 污水處理廠

北京北小河污水處理廠根據(jù)出水6萬m3／d達(dá)到一次回用，其中1萬m3／d達(dá)到高品質(zhì)再生水的要求，并滿足現(xiàn)況北小河污水處理廠占地面積要求，采用能大大節(jié)省占地且出水水質(zhì)能達(dá)到一次回用要求的MBR工藝。

設(shè)計(jì)中采用了3種消毒工藝，即：紫外線先對(duì)MBR膜池出水進(jìn)行整體消毒，殺滅水中病原微生物；而后，其中的5萬m3／d水量經(jīng)過臭氧接觸池達(dá)到脫色、除味和消毒的目的，從而使出水水質(zhì)在感觀上得到進(jìn)一步改善，另外1萬m3／d的水量經(jīng)過RO反滲透工藝，使水的品質(zhì)進(jìn)一步提高，成為高品質(zhì)再生水；最后，由于紫外線和臭氧消毒均沒有持續(xù)殺菌的能力，所以需要加少量氯（采用二氧化氯）消毒，以保持管網(wǎng)的余氯，避免管網(wǎng)的二次污染。

MBR－RO系統(tǒng)既充分發(fā)揮了MBR工藝的高效生物降解優(yōu)勢(shì)，又滿足了RO對(duì)原水預(yù)處理的要求，為污水回收提供了一種新的選擇途徑［6］。

3.3.3 醫(yī)院污水

Beier等利用MBR－NF／RO工藝處理醫(yī)院污水［7］，結(jié)果表明RO膜的處理效果要優(yōu)于NF膜，經(jīng)過RO膜處理后，11種藥品的出水濃度均在檢測(cè)線以下；RO膜比高級(jí)氧化法的效率更高。

3.4 超濾－反滲透聯(lián)合處理技術(shù)

建立了以混凝－超濾－反滲透組合工藝處理MBR出水的研究設(shè)備。研究表明，該組合工藝具有分離有機(jī)污染物和脫鹽效果，對(duì) TOC、電導(dǎo)率、CODMn、UV254、濁度、總堿度、總硬度的去除率分別達(dá)到93.95%、98.94%、90.69%、99.83%、93.41%、89.21%、97.94%。產(chǎn)水電導(dǎo)率≤10μS／cm，可滿足部分行業(yè)的純水使用要求。同時(shí)，在線投 加 7mg／L FeCl3和 0.35mg／L 聚 丙 烯 酰 胺（PAM）時(shí)，超濾對(duì)濁度、UV254、CODMn的去除率分別為82%、20.5%、32.2%，跨膜壓差增長(zhǎng)趨勢(shì)減緩，膜污染速率降低，節(jié)約了清洗膜的藥劑，延長(zhǎng)了超濾膜使用壽命，對(duì)反滲透膜也具有保護(hù)作用［8］。

4 結(jié)語

水污染的現(xiàn)實(shí)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，使全球水資源的供需矛盾日益尖銳化，MBR因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在水處理領(lǐng)域得到推廣。MBR的處理對(duì)象由污水處理擴(kuò)展到給水處理，應(yīng)用地域也從北美、日本過渡到其它地區(qū)。未來MBR與傳統(tǒng)工藝的競(jìng)爭(zhēng)能力日益增強(qiáng)，在當(dāng)前未涉及的工業(yè)廢水和飲用水預(yù)處理方面，應(yīng)加快MBR的研究開發(fā)及應(yīng)用推廣。處理后水質(zhì)可以達(dá)到自來水標(biāo)準(zhǔn)。通過膜生物反應(yīng)器（MBR）技術(shù)建設(shè)小區(qū)中水回用工程以及對(duì)工業(yè)和市政污水處理裝置進(jìn)行技術(shù)及規(guī)模升級(jí)。膜分離技術(shù)成功應(yīng)用于對(duì)MBR出水進(jìn)行深度處理可提高排放水質(zhì)并擴(kuò)大回用范圍，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水和保護(hù)環(huán)境的雙重目的。

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