“混凝氣浮-膜生物反應(yīng)器”處理林化廢水工程運行調(diào)試研究*

秦普豐 徐志霖 孫志科 戴春皓 周惜時 蔣 敏

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長沙 410000；2. 湖南德邦環(huán)?？萍加邢薰?，長沙 410000）

1．引言

林化企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量林化廢水，林化廢水具有毒性和刺激性，生化需氧量（BOD）和化學(xué)需氧量（COD）較高，pH值不穩(wěn)定，廢水溫度較高，油污染較為普遍等諸多特點。幾十年來，國家在化工污染治理方面出臺了強(qiáng)有力的政策，同時投入大量的資金，建立和完善了大批化學(xué)工業(yè)廢水治理設(shè)施，使得環(huán)境質(zhì)量有了明顯的提高。然而，我國對化工污染治理的腳步遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有化工業(yè)發(fā)展的腳步快，化工污染的治理率還比較低，化工廢水治理率僅為20%左右[1]。因此，研究一種經(jīng)濟(jì)、運行方便高效的工藝處理林化廢水具有十分重要的現(xiàn)實意義。[2-4]

2．廢水的水質(zhì)水量以及處理工藝流程

本文擬采用“高效溶氣氣浮”作為污水前處理的主工藝，并采用“膜生物反應(yīng)器”作為主導(dǎo)處理工藝。該廢水主要污染物是油類、CODCr、BOD5等，其中有含氫過氧化物廢水CODCr為800～900 mg/L，脂 類 廢水CODCr為300～400mg/L，氫化廢水CODCr為300～400mg/L，含冰片等 廢 水CODCr為300～900mg/L，機(jī)電冷卻水CODCr為150mg/L左右，冷卻回流水CODCr為30mg/L左右?？偱趴趶U水屬于有機(jī)廢水，一般含油量為200～1000mg/L，CODCr為500～1000 mg/L，BOD5為200～400mg/L，其水質(zhì)水量波動較大，變化幅度通常為1～3 倍，對處理工藝具有較高的耐沖擊負(fù)荷要求，但不含重金屬和有毒物質(zhì)，適于生化處理。

廢水經(jīng)格柵后自流入各車間收集池，然后統(tǒng)一流入隔油池，通過重力隔油隔除廢水中存有的浮油；隔油池出水流入調(diào)節(jié)池，通過調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后由水泵抽入氣浮裝置，通過混凝氣浮對其中的COD、SS及油類油盡可能去除；氣浮出水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器，對水中的有機(jī)物、懸浮物作最后的去除；出水先儲存于回用水池，用作車間冷卻水，余水通過溢流渠道排至附近水體中。膜生物反應(yīng)池中截留得污泥一部分通過回流泵打回至好氧池前端，再有剩余污泥則抽至污泥干化池自然干化；氣浮池的浮渣亦排入干化池，干化后的污泥外運。處理工藝流程見圖1。

3．主要建筑物及其設(shè)備

車間預(yù)處理池：利用原有池進(jìn)行改造，進(jìn)行一定的功能分區(qū)改造，添加一定的促進(jìn)沉淀分離和隔油分離的填料，采用潛污泵提升、管道輸送、自動液位控制的清污分流方式。

格柵槽：格柵槽采用磚混結(jié)構(gòu)，內(nèi)空尺寸：利用原有改造。

隔油池：調(diào)節(jié)隔油池主要是去除水中大部分的浮油，清除方法采用人工方式 ，確保后續(xù)工段的正常運行。

調(diào)節(jié)池：調(diào)節(jié)池主要是對水溫和水量、水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。確保后續(xù)工段連續(xù)穩(wěn)定運行。內(nèi)空尺寸：8000mm×5000mm×3000mm。調(diào)節(jié)池采用地下式結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)池出水用提升泵通過計量后抽入氣浮裝置，潛污泵一臺，Q=18m3/h，H=10m，P=1.5kW，計量采用污水用轉(zhuǎn)子流量計。

高效氣浮裝置：氣浮主要是對水中的微小油滴和乳化油進(jìn)一步去除，清除方法采用刮渣系統(tǒng)，確保后續(xù)工段的正常運行。氣浮裝置采用定做裝置，處理能力為18m3/h，設(shè)備采用國外技術(shù)，處理效果好而且操作簡便。氣浮配套溶藥加藥系統(tǒng)一套，分別有硫酸鋁加藥裝置、PAM加藥裝置。

膜生物反應(yīng)器：對廢水進(jìn)行好氧處理，較為徹底地分解水中的有機(jī)物。 內(nèi)空尺寸：7000mm×5000mm×5000mm。MBR池體為半地下式；曝氣采用Ф63橡膠微孔曝氣管110m，氧利用率設(shè)計為20%，供氣使用鼓風(fēng)機(jī)兩臺（N=10kW，Q=8.50m3/min，P=50kpa）、污泥 泵 一臺（Q=7m3/h，H=10m，P=0.75kW）、抽吸泵兩臺（Q=12.5m3/h，H=12.5m，N=1.1kW）、膜組件為浸入式中空纖維膜240組。

回用水池： 3500mm×2000mm×3000mm。中間水池采用地下式結(jié)構(gòu)。

污泥干化池：污泥干化采用自然干化，滲出液返回調(diào)節(jié)池。干化池采用地上磚混結(jié)構(gòu)：3000mm×2000mm×1000mm，共兩組。

鼓風(fēng)機(jī)房、控制室、加藥間：采用地上磚混結(jié)構(gòu)，內(nèi)空尺寸：4000mm×3000mm×3800mm。

圖1 林化廢水處理流程圖

4．工程的調(diào)試運行

4.1 混凝氣浮調(diào)試

氣浮裝置采用加壓回流溶氣氣浮，需調(diào)節(jié)其進(jìn)出水閥門而使氣浮達(dá)到如期效果。首先，逐漸調(diào)小進(jìn)口閥門，直到真空表的負(fù)壓顯示0.1kg/cm2（在-0.1kg/cm2～0.3kg/cm2內(nèi)）；然后，開啟吸氣閥，使吸氣量設(shè)定在水流量的7%～8%，大約為1m3。調(diào)節(jié)出口壓力閥門，觀察壓力表顯示3.8 kgf/cm2（在3.5 kgf/cm2～4.0 kgf/cm2之間），觀察氣浮池內(nèi)產(chǎn)生氣泡的情況，逐漸對進(jìn)口閥門、出口閥門及吸氣閥門進(jìn)行微調(diào)節(jié)，直到觀察到氣浮池內(nèi)出現(xiàn)大量微小氣泡而使池內(nèi)水變成乳白色，此時氣浮裝置調(diào)節(jié)成功。

對于混凝劑量的調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水量，保持進(jìn)入系處理系統(tǒng)的水量平均為15m3/h。配置硫酸鋁濃度為10%、PAM為2‰，則調(diào)整計量泵的流速為6L/h、22.5L/h。廢水本身的pH值長期穩(wěn)定在7～8之間，不需要特殊的調(diào)節(jié)，只需預(yù)備NaOH溶液，做突發(fā)情況處理。每隔半天取混凝氣浮出水測定其COD、SS、OIL去除率。調(diào)試過程中對廢水COD的去除率最高只達(dá)到了40%，對于SS的去除率只有34%，而對于OIL的去除率也只有24%，小于試驗數(shù)據(jù)。觀察水中的絮體，可以看到，絮體較小，沒有大量的積聚，從而得出是硫酸鋁的量投加不足所致。因此調(diào)整進(jìn)藥計量泵，使硫酸鋁進(jìn)水流速達(dá)到8L/h，PAM相應(yīng)達(dá)到28L/h。運行1d后，再次取水樣觀察，其中絮體已較大，并積聚明顯，測其各指標(biāo)得到COD、SS、OIL去除率分別達(dá)到了52%、50%、46%，與試驗結(jié)果一致。至此混凝氣浮調(diào)試階段完畢。

4.2 膜生物反應(yīng)系統(tǒng)活性污泥的培養(yǎng)及馴化

（1）污泥培養(yǎng)方案

對于活性污泥的培養(yǎng)，一般有兩種方式[6]，一種是直接接種法，是指將已培養(yǎng)好的污泥加入待處理的廢水中，進(jìn)行悶曝，逐漸調(diào)整進(jìn)水量，直到污泥中的菌種完全適應(yīng)所需處理污水的性質(zhì)。這種方法的培養(yǎng)周期短，但微生物在初期時可能會出現(xiàn)不適應(yīng)水質(zhì)的情況而部分死亡，需控制好進(jìn)水的濃度。另外一種是直接培養(yǎng)法，是在需處理的污水中不加入微生物而直接進(jìn)行“悶曝-換水-悶曝”，使污泥中的微生物自己生長，直到滿足處理要求的污泥濃度，此種方法所培養(yǎng)出的污泥因為是由需處理的污水中生長起來的，因此較適應(yīng)所處理的污水水質(zhì)，但是要求其需處理的廢水中營養(yǎng)物質(zhì)均衡，而且其培養(yǎng)的周期較長。

在本文中，由于所處理的廢水是林化廢水，廢水中營養(yǎng)物較缺乏，微生物少，不宜采用直接培養(yǎng)法。從而采用間接接種法在接種后開啟鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行悶曝，控制溶解氧濃度為1～2mg/L，多余的氣由調(diào)節(jié)池的氣管放走，直到污泥由黑色變?yōu)樽攸S色，即表示污泥由大部分的厭氧泥成功轉(zhuǎn)化成為好氧泥。初期不進(jìn)污水，為使污泥中的微生物快速增長，采用向池內(nèi)投加面粉的方式，為其提供生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，同時采用間歇曝氣的方式，開2h停1h的頻率。當(dāng)測得池內(nèi)MLSS達(dá)到2500左右時，減少投加面粉量并加入廢水，開始廢水進(jìn)水量控制在30m3/d，以保證對池中微生物不產(chǎn)生大的沖擊，保持進(jìn)水量運行7d后，在檢測污泥濃度沒有大的變化后加大廢水進(jìn)水量，直至達(dá)到完全進(jìn)污水，即300m3/d。進(jìn)水周期如表1所示。

表1 污泥馴化計劃表

（2）污泥接種量

接種的活性污泥取自市污水廠污泥濃縮池中的污泥，含水率約97%。依照處理池池容，活性污泥池有2個池子共180m3，為使初期污泥量達(dá)到1000mg/L左右，直接加入6t污泥到膜生物反應(yīng)器水池中進(jìn)行培養(yǎng)。

（3）運行結(jié)果與分析

對COD去除的效果如圖2所示。

由圖2中可以看出，對COD的去除最高達(dá)到了83%～85%，出水COD最低達(dá)到20mg/L左右。在調(diào)試的40多天中，出水及去除率在不斷波動中，每次波動都是在加大進(jìn)水量的時候。這是因為加大了進(jìn)水量，使池內(nèi)的COD負(fù)荷加大，對微生物的沖擊較大，因此微生物不適應(yīng)突然變化，而使去除率降低，但在每次波動后都在之后的5～6d時再次達(dá)到去除效果最好的點，而且每次的去除率都有一定提升。這是因為微生物在不斷適應(yīng)水質(zhì)，選擇出了適應(yīng)水質(zhì)的微生物，并且大量繁殖生長，所以對污水的處理效果在不斷增強(qiáng)。在最后水量由250m3/d提高到300m3/d時，出水濃度及去除率的變化不大，證明微生物已經(jīng)完全適應(yīng)了廢水，有一定的抗沖擊能力，可穩(wěn)定地運行處理廢水。在圖2中，前期的去除率比較高，而穩(wěn)定的去除率卻沒有超過最初的去除率，原因在于最初進(jìn)水量較小，而池容較大，廢水加入后被稀釋較多，相比較來說出水水質(zhì)較好，并不是前期微生物去除效果的真實體現(xiàn)。

圖2 膜生物反應(yīng)器對COD的去除效果

對SS去除效果如圖3所示。

由圖3中可以看出在培養(yǎng)污泥期間，出水的懸浮物濃度一直保持在4～5mg/L，去除率也穩(wěn)定在50%，有些小的波動也是因為進(jìn)水懸浮物濃度變化而引起的，跟污泥濃度的關(guān)系不大。這是因為，膜生物反應(yīng)器在去除懸浮物時，主要靠的是膜的截留作用，將大部分的懸浮物截留到了池中。只有污泥濃度到達(dá)一定程度時，對于懸浮物的去除有一定的吸附作用，那時，系統(tǒng)的出水懸浮物將更低，并且更穩(wěn)定。對油類的去除作用如圖4所示。

圖3 膜生物反應(yīng)器對SS的去除效果

在培養(yǎng)污泥的這一段時間對于廢水中油類的出水最低濃度達(dá)到2mg/L，去除率最高達(dá)到79%?？梢娔ど锓磻?yīng)器對水中的油類也具有一定的去除效果，出水和去除率一直較穩(wěn)定。在初期增加負(fù)荷時，曾有一段時間的出水含量升高，去除率降低。這是由于對于油類的去除，不僅僅是膜的截留作用，還有活性污泥的吸附以及污泥中微生物的降解，在微生物受到水量加大的沖擊時，降解能力下降，從而影響到了油類的去除效果。在污泥培養(yǎng)的后期，污泥中微生物對于水質(zhì)已經(jīng)適應(yīng)，能夠抗擊一定的沖擊，因此，出水效果就比較穩(wěn)定。

圖4 膜生物反應(yīng)器對油類物質(zhì)的去除效果

在調(diào)試期生物反應(yīng)池內(nèi)污泥濃度變化情況如圖5所示。

從圖5中可以看出，在調(diào)試期間，污泥濃度隨時間推移逐漸提高，初始的濃度為1000mg/L， 45d左右時，污泥達(dá)到4850mg/L。但在第10d時，由于加入的污水中含有冰片車間的廢水，有毒害成分，對污泥濃度的影響較大，造成了污泥的死亡。在了解情況后，停止冰片車間的進(jìn)水，并再次加入面粉等營養(yǎng)物，使污泥濃度恢復(fù)。在污泥的培養(yǎng)及馴化過程結(jié)束時，通過鏡檢，可以觀察到池中大量存活有鐘蟲類、蓋蟲類微生物，微生物生長情況良好，對于水中的污染物的去除效果達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 膜生物反應(yīng)器MLSS變化圖

4.3 膜生物反應(yīng)系統(tǒng)活曝氣量調(diào)整

膜生物反應(yīng)器的曝氣量是一個影響系統(tǒng)運行的重要參數(shù)，曝氣首先的作用是為活性污泥中的微生物降解污染物提供氧氣。如果曝氣量過于小，微生物得不到充足的氧氣進(jìn)行活動，則會影響其對廢水中污染物的降解；而曝氣量過大，會使微生物過度氧化，絮狀污泥被氣泡打散，影響污泥的吸附力以及微生物的活性。再次，曝氣也是為了防止膜污染，通過曝氣使水產(chǎn)生紊動，從而使膜上的沉積層脫落，保證正常的膜通量。如果曝氣量過小，不能達(dá)到使水產(chǎn)生紊動，膜上的沉積層會逐漸增厚，進(jìn)而降低膜通量，使出水壓力更大，耗能更多，而且使膜的壽命減少；如果曝氣量過大時，氣泡的沖擊力可能會將膜絲沖斷或損壞，同樣對系統(tǒng)不利。因而需通過不斷調(diào)整得到一個最佳的曝氣量參數(shù)，系統(tǒng)的曝氣量將通過溶解氧（DO）的值表現(xiàn)出來。本工程在調(diào)試階段將溶解氧濃度控制在了1～2mg/L，活性污泥中的微生物長勢良好。在正常運行時活性污泥區(qū)控制溶解氧在2～3mg/L，可保證有效的處理率，膜區(qū)的曝氣量控制在80m3/m2·h，可保證有足夠量的空氣沖刷膜組件以減少膜污染。每天連續(xù)運行20h。通過閥門配合將來自鼓風(fēng)機(jī)多余的空氣放至調(diào)節(jié)池，并且間歇性出水，保持膜的抽吸開啟12min、停2min的頻率，在膜停抽時利用曝氣沖洗膜，來保持膜通量的穩(wěn)定。

4.4 膜生物反應(yīng)系統(tǒng)活性污泥回流調(diào)整

由于膜生物反應(yīng)器處理有兩個連通的池子，只有一個池子內(nèi)裝有膜組件，使得兩個池子中的污泥濃度發(fā)生變化。具體表現(xiàn)為裝有膜組件的池中污泥濃度不斷升高，而另一個池中的污泥濃度不斷降低。分析原因是由于膜的抽吸出水使得污泥不斷隨水流入裝有膜組件的池中，導(dǎo)致前一個池中的污泥減少。因此，為保持兩個池中污泥濃度均衡，設(shè)污泥回流泵一臺。實際調(diào)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)出水量與進(jìn)水量相等即為30m3/h時，即可保證兩池中污泥濃度均衡。

5．結(jié)論

（1）在經(jīng)過7d天左右的時間調(diào)試后，污水站的膜生物反應(yīng)系統(tǒng)運行正常，對于COD、SS、OIL均有良好的去除效果，出水分別穩(wěn)定在30mg/L、6mg/L、4mg/L，去除率在89.1%、70%、87.3%。

（2）對于營養(yǎng)成分不好，而且含有化學(xué)物質(zhì)的林化廢水活性污泥的培養(yǎng)，比較快速的方法是接種并投加營養(yǎng)物培養(yǎng)法。在活性污泥濃度達(dá)到一定高度后，采用低負(fù)荷進(jìn)水配合營養(yǎng)物（如面粉等），并逐漸提高廢水濃度到達(dá)設(shè)計進(jìn)水濃度的方式，使活性污泥中微生物逐漸適應(yīng)廢水。

（3）膜生物反應(yīng)器去除懸浮物的效果非常明顯，主要是由于膜組件對懸浮物的截留作用，而污活性泥的作用較小。

（4）膜生物反應(yīng)器對于廢水中油類的去除作用，是活性污泥中微生物的降解、活性污泥的吸附以及膜的截留共同起作用完成。

（5）膜生物反應(yīng)器運行時曝氣量是重要的一個因素，培養(yǎng)活性污泥時應(yīng)控制1～2mg/L，在正常運行時活性污泥區(qū)保持溶解氧為2～3mg/L，膜區(qū)控制曝氣強(qiáng)度為80m3/m2·h。運行時采用間歇運行，膜抽吸泵開啟12min、停2min，以保證膜通量的穩(wěn)定。

（6）在出水量為30m3/h時，回流泵流量為30m3/h，可使反應(yīng)池內(nèi)污泥濃度保持均衡。

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