MB R工藝處理煙草廢水的膜污染防治方法探討

張明菊 （江蘇清大國華環(huán)保科技有限公司，江蘇 221116）

引言

隨著科學技術(shù)的進步和污水排放標準的提升，環(huán)保越來越受到人們的重視，污廢水處理要求越來越高，污水處理廠均要求采用一級、二級或三級處理后才能達到排放或回用標準。膜生物反應器（MBR）作為一種新型高效的廢水處理技術(shù)，被廣泛應用到食品廢水、生活污水、卷煙廢水等行業(yè)廢水處理，尤其是近幾年在卷煙廠中水回用項目中廣泛應用，如徐州卷煙廠、淮陰卷煙廠、內(nèi)蒙古卷煙廠、西昌卷煙廠等全國10多家卷煙廠均采用膜生物反應器（MBR）工藝，經(jīng)膜生物反應器處理后的出水可直接回用于廠區(qū)綠化、洗車、沖廁，或作為RO系統(tǒng)水源。本文結(jié)合煙草廢水處理工程實例，針對中空纖維膜在煙草行業(yè)廢水處理中膜污染防治提出綜合防治措施。

一、煙草廢水特點分析

卷煙廠廢水主要包括生產(chǎn)廢水和生活污水兩部分，其中生產(chǎn)廢水屬于難處理廢水，主要來自制絲車間、空調(diào)循環(huán)水、車間清掃等。在生產(chǎn)工藝的前段，廢水主要來源于膨脹煙絲用水和洗梗用水，主要特點是水量小，濃度高，含生物堿和酚類等，溫度高，大約在 65～75℃之間；生產(chǎn)中還有部分白膠廢水，廢水成白混濁色，COD的濃度高達2000mg/L左右。在生產(chǎn)工藝的后段，廢水主要來源于香料車間，大部分來源于設備沖洗過程中，廢水中含有香料和香精成分，同時還有些機油。此類廢水的濃度高，色度高，還含有多種難降解的生物堿、酚類、醇類等有機物。

生產(chǎn)廢水的水量小，但污染負荷較高，包括洗梗廢水、膨脹煙絲廢水、洗刷廢水，有水量小、濃度高、不定期排放等特點，同時煙草廢水的水質(zhì)波動大，廢水排放沒有明顯的規(guī)律性。

通過對徐州卷煙廠污水處理站長期監(jiān)測和實驗，徐州卷煙廠廢水主要來自廠區(qū)生產(chǎn)廢水和生活污水，其進水水質(zhì)隨時間的波動如圖1-1,圖1-2所示。

由監(jiān)測結(jié)果可以看到，COD的最低值為350mg/L，最高值為1836mg/L，COD的平均值為1112mg/L；BOD的最低值為178mg/L，最高值為436mg/L，BOD的平均值為300mg/L，廢水水質(zhì)波動較大。

該煙草廢水的pH值分布在6.0～7.5之間。

其他常規(guī)指標的水質(zhì)分析如下表1-1所示

表1-1其他水質(zhì)指標

二、膜污染機理

膜污染是指在膜過濾過程中，被分離料液中溶質(zhì)分子、膠體離子和顆粒物在膜表面或膜孔內(nèi)部的吸附或沉積，致使膜孔道變小或堵塞，膜表面形成凝膠層或濾餅層，從而造成膜通量降低和/或跨膜壓差（TMP，trans-membrane pressure）升高的現(xiàn)象。膜污染有四種形態(tài)：膜孔堵塞，主要是由小分子物質(zhì)堵塞膜孔造成的；膜表面凝膠層，大分子物質(zhì)由于濃差極化附著在膜表面造成的；污泥濾餅層，在過濾過程中污泥層吸附在膜表面造成的；漂浮物纏繞，廢水中的毛發(fā)、纖維類物質(zhì)纏繞在膜絲上造成的。

膜污染的影響因素有很多：如混合液性質(zhì)、膜材料性質(zhì)、水力學環(huán)境條件、生物反應條件、污水成分、操作條件等因素都對膜運行條件有影響。膜通量隨著污泥濃度對數(shù)值的增加而線性減小，但污泥濃度過低，也不利于膜污染的控制，同時，上清液濃度過高，會在膜表面上大量吸附。

三、煙草廢水處理中膜污染防治方法

根據(jù)煙草廢水特點和膜生物反應器膜污染機理，結(jié)合大量的工程實例，要保證膜生物反應器在煙草廢水處理中的使用壽命，應盡可能加強預處理的去除效率，運行過程中保持良好的水力條件，通過適當?shù)脑磺逑醇夹g(shù)，抑制膜污染發(fā)展速率，延長緩慢污染階段的運行時間，以縮短化學恢復清洗周期。

3.1、選擇合適的預處理

膜-生物反應器（MBR）一般采用微濾膜或超濾膜，膜孔徑一般為0.4μm～數(shù)萬截留分子量，膜組件為整個處理工藝的核心部件。因此，要想保證處理效果和膜使用壽命，需加強預處理工藝，MBR工藝預處理應為傳統(tǒng)預處理和保護膜的預處理相結(jié)合。

MBR保護膜的預處理設施主要是超細格柵，柵隙為0.2～2mm，其主要作用是去除廢水中的頭發(fā)及纖維狀物質(zhì)，這類物質(zhì)纏繞膜絲是造成膜污染的主要因子。同時煙草廢水中含有大量的白膠、煙絲、油類等物質(zhì)，需通過混凝沉淀或氣浮方法去除，以減小后續(xù)工藝的運行負荷。

3.2、進行必要的膜物理/化學清洗

膜生物反應器工程在實際運行過程中，需進行物理清洗和化學清洗。結(jié)合西南某煙廠實際運行情況，探討中空纖維膜組件物理清洗和化學清洗方法。

物理清洗指人工、機械清洗和清水清洗等不使用任何形式化學藥劑的清洗方法，其特點是：時間快、操作容易；不需要化學藥劑；不容易損壞膜材料；但清洗效果有限，通常只能去除“可逆污染”，需要損失部分過濾水量。

工程在實際運行過程中大都采用曝氣吹掃和間歇過濾聯(lián)合使用的方式降低膜污染速率。曝氣吹掃的作用是強化污染物從膜表面的反向擴散，一般在工程設計時已根據(jù)膜材質(zhì)和運行參數(shù)設計了合適的池底曝氣量，間歇過濾是指膜過濾8～15min，停運1～2min。

物理清洗中采用反沖洗方式時需要慎重：膜面上形成的生物膜可以起到保護膜的作用。這層污染層比膜材料本身的選擇性更高，因此只要所產(chǎn)生的總阻力不是太大，這對整個過濾工藝是有利的。

由于物理清洗的局限性，膜孔被污染物堵塞后，僅靠物理清洗不能恢復膜通量，因此需要結(jié)合化學清洗?；瘜W清洗通常是根據(jù)膜的污染程度，用氧化劑（次氯酸鈉等）、酸（鹽酸、硫酸、檸檬酸等）、堿（氫氧化鈉）、絡合劑、表面清洗劑、酶等化學清洗劑對膜進行清洗的過程。化學清洗根據(jù)清洗位置不同可分為維護性在線清洗和恢復性浸泡清洗兩種。

維護性在線清洗一般每周低濃度清洗一次，每月/季度高濃度清洗一次，可實現(xiàn)原位清洗，無需將膜組件吊離膜池。根據(jù)污染性質(zhì)，選擇酸、堿清洗劑進行清洗。

恢復性浸泡清洗是MBR膜組件恢復過濾通量的最有效的清洗方法，一般每年清洗1～2次。在進行恢復性浸泡清洗前需把膜池內(nèi)活性污泥抽空，進行原味浸泡，或把膜組件提出，在專門的清洗池內(nèi)浸泡?？筛鶕?jù)污染程度調(diào)整清洗順序，一般較輕污染時先堿洗后酸洗，污染較重時先酸洗后堿洗。酸洗大都采用檸檬酸溶液，PH2～3，水溫30～40°C，配置好的檸檬酸溶液通過加藥泵投加到清洗水池內(nèi)，使膜組件在清洗液內(nèi)浸泡8h，在浸泡的同時，池底進行曝氣，有利于膜表面的污染物質(zhì)的反向擴散。堿洗是采用次氯酸鈉或氫氧化鈉溶液，配置PH<12，將膜組件放置于清洗液內(nèi)浸泡4～8h，水溫30～40°C，同時池底進行曝氣沖刷。經(jīng)化學清洗后的膜組件再安裝到系統(tǒng)內(nèi)繼續(xù)運行使用。

由于物理清洗或化學清洗都是在通量下降、跨膜壓差升高后進行的補救措施，清洗后的膜組件的通量不能完全恢復，一般只能恢復到臨界通量的80～90%，因此，MBR膜組件的使用壽命有效，一般為3～5年。

四、結(jié)束語

在工程設計階段，根據(jù)煙廠廢水的進水水質(zhì)情況采用合適的預處理工藝和膜材料，能有效的減緩膜污染；在實際運行過程中，采用曝氣吹掃和間歇過濾相結(jié)合的運行方式，并且定期對膜組件進行化學清洗，能有效的降低膜污染速率，保證膜組件使用壽命。

[1]葛元新，朱志良.2005.MBR膜的污染及其清洗技術(shù)研究進展[J].清洗世界，25～29

[2]劉銳，黃霞，錢易，等.1999.一體式膜-生物反應器處理生活污水的中試研究[J].給水排水，25（1）：24～29.

[3]黃霞，曹斌，文湘華，等.2008.膜-生物反應器在我國的研究與應用新進展 [J].環(huán)境科學學報，28（3）：416～432.

[4]吳金玲，黃霞.2006.膜-生物反應器混合液性質(zhì)對膜污染影響的研究 [J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設備，7（02）：16～24.