MBR在石化工業(yè)廢水深度處理中的應(yīng)用

林麗華

(三達(dá)膜環(huán)境技術(shù)股份有限公司,福建廈門(mén)361021)

MBR在石化工業(yè)廢水深度處理中的應(yīng)用

林麗華

(三達(dá)膜環(huán)境技術(shù)股份有限公司,福建廈門(mén)361021)

采用膜生物反應(yīng)器 （MBR）處理石化工業(yè)廢水，研究了MBR對(duì)CODcr、BOD5、NH3－N、TP及石油類(lèi)等去除效果.結(jié)果表明：MBR對(duì)石化工業(yè)廢水具有良好的穩(wěn)定處理效果，平均去除率CODcr分別為：86.4%，BOD597.6%，NH3－N 99%，TP 68%，石油類(lèi)86.7%.MBR出水后CODcr，BOD5，NH3－N，TP，石油類(lèi)質(zhì)量濃度平均值分別為35.9，2.9，0.46，0.36，1.35 mg·L－1.研究表明：處理后水質(zhì)滿足國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，MBR可以有效地處理石化工業(yè)廢水.

水處理；石化工業(yè)廢水；膜生物反應(yīng)器

石化企業(yè)廢水具有水量波動(dòng)大、水質(zhì)波動(dòng)頻繁、污染物成分復(fù)雜等特點(diǎn),其中含有大量的油、硫化物、揮發(fā)酚等有毒有害物質(zhì),直接排放將對(duì)環(huán)境造成極大的危害［1－2］.我國(guó)石化企業(yè)污水處理通常采用的 “隔油、氣浮、生化”簡(jiǎn)單工藝,以及在此基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的工藝都普遍存在著技術(shù)落后、出水水質(zhì)差、污水處理回用存在諸多問(wèn)題［3］.目前石化污水深度處理回用常用的流程：污水—均質(zhì)池—隔油池—?dú)飧〕亍锾幚怼疃忍幚怼赜?深度處理方式包括吸附、膜技術(shù)、高級(jí)氧化技術(shù)、生物技術(shù)等［4－5］.鄔向東等采用膜生物反應(yīng)器 (MBR)對(duì)廣州石化煉油污水進(jìn)行了工業(yè)實(shí)驗(yàn)研究,其CODcr去除率可達(dá)98%以上［6］,水中NH3－N的去除率可達(dá)99%以上,出水量穩(wěn)定,水質(zhì)優(yōu)良.隨著廢水資源化的要求越來(lái)越高,石化企業(yè)作為耗水和排水大戶(hù),很多學(xué)者認(rèn)為MBR石化廢水進(jìn)行深度處理后回用具有很好的潛力和技術(shù)優(yōu)勢(shì)［7－9］.本實(shí)驗(yàn)采用MBR技術(shù),以江蘇某工業(yè)園區(qū)的石化企業(yè)的生產(chǎn)廢水及生活污水的均質(zhì)池出水為研究對(duì)象,考察了運(yùn)行時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)對(duì)CODcr、BOD5、NH3－N、TP、石油類(lèi)等的去除率效果,同時(shí)對(duì)MBR系統(tǒng)的膜通量、跨膜壓差的變化等性能進(jìn)行考察.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)用水及水質(zhì)

本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)水為江蘇某工業(yè)園區(qū)石化企業(yè)生產(chǎn)及生活廢水污水處理廠勻質(zhì)池1＃出水.接種污泥取自該工業(yè)園區(qū)污水處理廠沉淀池,該工業(yè)園區(qū)廢水經(jīng)過(guò)格柵、氣浮預(yù)處理,將污水中的漂浮物、可沉降的雜質(zhì)、沉沙、浮油和乳化油等從廢水中去除.實(shí)驗(yàn)期間勻質(zhì)池1＃出水水質(zhì)范圍及平均值如表1所示.

表1 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)Table 1 Water quality單位：mg·L－1

1.2 實(shí)驗(yàn)流程及主體設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)采用MBR系統(tǒng)處理,實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示.

實(shí)驗(yàn)通過(guò)放置在勻質(zhì)池1＃出水口的潛水泵將廢水提升至MBR試驗(yàn)集裝箱水池內(nèi),廢水首先進(jìn)入缺氧池1,經(jīng)過(guò)水解作用提高廢水的生化性能后進(jìn)入好氧池.廢水在好氧池中經(jīng)好氧菌的生物降解去除廢水中大部分的污染物,同時(shí)氨氮在好氧池內(nèi)經(jīng)過(guò)硝化作用轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮,污水經(jīng)過(guò)硝化后回流至缺氧池1.硝態(tài)氮在缺氧池1中經(jīng)過(guò)反硝化作用轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)獗蝗コ?好氧池出水溢流進(jìn)入缺氧池2,進(jìn)一步去除水中的硝態(tài)氮.剩余廢水進(jìn)入MBR濾池.進(jìn)入MBR濾池的廢水在好氧環(huán)境下經(jīng)過(guò)生化作用進(jìn)一步降低污染物,濾池中部分廢水回流至好氧池,剩余廢水經(jīng)過(guò)膜過(guò)濾后達(dá)標(biāo)排放.

實(shí)驗(yàn)設(shè)備由三達(dá)膜科技 (廈門(mén))有限公司生產(chǎn),主體為一個(gè)集裝箱,其尺寸為12 032 mm× 2 352 mm×2 393 mm,包括控制柜、水池及附屬水泵、鼓風(fēng)機(jī)、加藥泵等設(shè)備,采用1組德國(guó)邁納德(MICRODYN－NADIR)公司生產(chǎn)的BC－50型平板膜組件,該型號(hào)平板膜面積為50 m2,膜孔徑為0.04 μm,實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用PLC程序控制,全系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制.人機(jī)界面為觸摸屏控制,可以方便地觀察系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù).主體設(shè)備如表2所示.

圖1 MBR工藝流程Fig.1 MBR process flow

表2 主體設(shè)備Table 2 Main equipment

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 MBR系統(tǒng)對(duì)CODcr的去除效果

系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行了45 d,基本運(yùn)行參數(shù)：抽吸時(shí)間為10 min,停抽時(shí)間2 min,曝氣強(qiáng)度為0.6 m3· (m2·h)－1,污泥濃度8 000 mg·L－1(下同),實(shí)驗(yàn)運(yùn)行期間,進(jìn)出水CODcr的質(zhì)量濃度變化及去除率如圖2所示.從圖2可以看出,進(jìn)水CODcr的質(zhì)量濃度為195～376 mg ·L－1,在進(jìn)水質(zhì)量濃度波動(dòng)較大的情況下,出水最大CODcr的質(zhì)量濃度為48.6 mg·L－1,最小為20.7 mg·L－1,出水平均CODcr的質(zhì)量濃度為35.9 mg·L－1,MBR對(duì)CODcr去除率始終保持在80%以上,平均去除率86.36%,系統(tǒng)出水穩(wěn)定,表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷的能力,出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放的標(biāo)準(zhǔn).

圖2 CODcr的去除效果Fig.2 Effect of CODcr removal by MBR

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：MBR處理石化廢水可獲得較高的CODcr去除率.膜表面形成的凝膠層對(duì)截留小分子物質(zhì),提高有機(jī)物的去除率、穩(wěn)定系統(tǒng)出水水質(zhì)有著不可替代的作用［10］,MBR系統(tǒng)對(duì)COD具有高去除率的主要原因有如下2點(diǎn)：一是由于膜協(xié)助條件下反應(yīng)器內(nèi)微生物的高效生化作用；二是膜表面形成的動(dòng)態(tài)凝膠層對(duì)大分子的CODcr的截留作用.MBR系統(tǒng)并非簡(jiǎn)單生物系統(tǒng)與膜分離簡(jiǎn)單的結(jié)合,兩者之間負(fù)荷分配及相互影響是一個(gè)動(dòng)態(tài)的復(fù)雜過(guò)程.

2.2 MBR系統(tǒng)對(duì)NH3－N的去除效果

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行期間, 進(jìn)出水NH3－N 的質(zhì)量濃度變化及去除率如圖3 所示. 實(shí)驗(yàn)廢水的進(jìn)水NH3－N 質(zhì)量濃度為5. 8 ～16. 9 mg·L－1, 進(jìn)口NH3 －N 質(zhì)量濃度較低, 出口NH3－N 質(zhì)量濃度大多數(shù)小于0. 2 mg·L－1. 出水平均NH3 －N 質(zhì)量濃度為0. 46 mg·L－1, 平均去除率達(dá)到99％ . Jin Kie Shim［11］等研究表明, 在進(jìn)水總氮為600 mg·L－1的情況下, NH3－N的去除率可達(dá)95％ 以上. 很多文獻(xiàn)也都證明了MBR 工藝脫氮效果好, 性能穩(wěn)定. 其主要原因?yàn)椋?一是MBR 系統(tǒng)內(nèi)污泥停留時(shí)間較長(zhǎng), 污泥濃度高, 給了硝化和亞硝化細(xì)菌提供足夠的生長(zhǎng)繁殖時(shí)間及空間,為硝化反應(yīng)創(chuàng)造良好的條件；二是MBR系統(tǒng)中污泥濃度較高,活性污泥的絮體非常密集,因此絮體向內(nèi)傳遞氧的速率比普通活性污泥低得多,從而形成好氧缺氧同時(shí)出現(xiàn)的微環(huán)境.膜生物反應(yīng)器可以完全截留世代周期長(zhǎng)的硝化菌和亞硝酸菌,從而大大提高了系統(tǒng)的硝化能力,而膜本身對(duì)氨氮的截留作用很小,NH3－N的去除主要靠硝化和同化作用來(lái)實(shí)現(xiàn),同時(shí)系統(tǒng)中溶解氧較高,使廢水的NH3－N得以充分硝化,因此脫氮效果較好.

圖3 NH-N的去除效果Fig.3 Effect of NH-N removal by MBR

2.3 MBR系統(tǒng)對(duì)BOD5的去除效果

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行期間,進(jìn)出水BOD5的質(zhì)量濃度變化及去除率,如圖4所示.

從圖4可以看出,進(jìn)水BOD5的質(zhì)量濃度在102～140 mg·L－1,出水最大值BOD5的質(zhì)量濃度為4 mg·L－1,最小值為 2 mg·L－1,出水平均BOD5的質(zhì)量濃度為2.9 mg·L－1,MBR對(duì)BOD5去除率始終保持在96.7%以上,平均去除率97.6%.由于膜組件的高效截留作用,將全部的活性污泥都截留在反應(yīng)器內(nèi),使得反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度較高,保持在8～12 g·L－1,從而大大降低了生物反應(yīng)器內(nèi)的污泥負(fù)荷,提高了MBR對(duì)有機(jī)物的去除效率.

圖4 BOD5的去除效果Fig.4 Effect of BOD5removal by MBR

2.4 MBR系統(tǒng)對(duì)TP的去除效果

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行45 d 期間, 進(jìn)出水TP 的質(zhì)量濃度變化及去除率如圖5 所示. 實(shí)驗(yàn)進(jìn)水TP 的范圍為0. 3 ～2. 3 mg·L－1, 平均值1. 12 mg·L－1, 出水TP 均小于0. 5 mg·L－1, 平均值0. 36 mg·L－1,平均去除率為68. 0％. 達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放的標(biāo)準(zhǔn).

MBR 系統(tǒng)中去除磷的方式主要有2 種： 一是同化作用, 在微生物生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中, 利用磷并將其變?yōu)樽陨砦镔|(zhì)的一種除磷方式； 二是過(guò)度除磷,主要是由異養(yǎng)型聚磷菌的微生物完成, 聚磷菌通過(guò)特殊的代謝途徑, 液相中磷被轉(zhuǎn)化成產(chǎn)生富磷污泥, 磷以污泥的形式排放, 從而達(dá)到去除磷的目的.

圖5 TP的去除效果Fig.5 Effect of TP removal by MBR

2.5 MBR系統(tǒng)對(duì)石油類(lèi)的去除效果

在進(jìn)水石油類(lèi)質(zhì)量濃度為2.5～16.3 mg·L－1,出水石油類(lèi)質(zhì)量濃度約為1.35 mg·L－1,經(jīng)MBR系統(tǒng)后,水質(zhì)明顯改善,平均去除率86.7%,如圖6所示.MBR系統(tǒng)出水石油類(lèi)質(zhì)量濃度效果良好,主要原因?yàn)椋阂环矫媸悄ぜ捌浔砻娉练e層的高效截留作用使得上述兩種污染物質(zhì)獲得更長(zhǎng)的停留時(shí)間,使得石油類(lèi)在MBR系統(tǒng)中得到充分的降解,這是主要因素；另一方面,活性污泥對(duì)油類(lèi)物質(zhì)具有一定的吸附作用,是此類(lèi)污染物得到去除的另一個(gè)因素.

圖6 石油類(lèi)的去除效果Fig.6 Effect of petroleum removal by MBR

2.6 MBR運(yùn)行情況

膜污染與清洗在膜使用過(guò)程中是不可避免的,膜的抗污染及清洗性能是衡量膜性能優(yōu)劣的一個(gè)關(guān)鍵因素.實(shí)驗(yàn)采用平板膜MBR,板式結(jié)構(gòu)避免了膜絲的纏繞,平整的膜面結(jié)構(gòu)使膜組的底部曝氣在運(yùn)行過(guò)程中可以更徹底地沖刷膜表面,從而延緩了膜面污染.在實(shí)際運(yùn)行中,平板膜表面的凝膠層較空纖維膜表面的泥餅層更容易清洗,清洗周期更長(zhǎng),平板膜不存在斷絲問(wèn)題,其出水水質(zhì)穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng).

圖7 膜通量及跨膜壓差變化曲線Fig.7 Membrane flux and transmembrane pressure curve

膜污染的清洗可分為維護(hù)性清洗和恢復(fù)性清洗2 種情況： 1) 維護(hù)性清洗： 采用MBR 的出水作為反洗水源, 在線添加次氯酸鈉, 對(duì)MBR 進(jìn)行在線反洗, 反洗濃度為300 mg·L－1, 反洗時(shí)間15 min, 浸泡1 h, 反洗周期5 d. 2) 恢復(fù)性清洗： 當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行多次維護(hù)性清洗后無(wú)法達(dá)到使用通量, 則需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)性清洗, 清洗周期一般為1 年2 次或1 次. 膜通量變化及跨膜壓差變化情況如圖7 所示, 實(shí)驗(yàn)時(shí)間為45 d, 在實(shí)驗(yàn)結(jié)束前通量基本沒(méi)有下降, 但在設(shè)備收起前也采用次氯酸鈉進(jìn)行了恢復(fù)性化學(xué)清洗. 清洗配水為MBR自身產(chǎn)水,清洗液濃度為1 000 mg·L－1,清洗時(shí)間為1.5 h.從圖7可以看出,在運(yùn)行期間膜通量的范圍為17～26 LMH,實(shí)驗(yàn)期間內(nèi)跨膜壓差最大值僅為13 kPa,遠(yuǎn)低于MBR廠家質(zhì)保的最大跨膜壓差40 kPa.說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)采用的平板膜具有良好的抗污染性及易清洗的性能,適用于石化工業(yè)廢水的處理.

MBR現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)主要污染物的去除情況如表3所示.由表3可以看出,利用MBR深度處理石化工業(yè)廢水出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放的標(biāo)準(zhǔn).

表3 污染去除情況Table 3 Pollution removal

3 結(jié)論

石化工業(yè)廢水水質(zhì)波動(dòng)大,成分復(fù)雜,屬于難處理的工業(yè)廢水,本實(shí)驗(yàn)采用MBR對(duì)石化工業(yè)廢水進(jìn)行處理,得出以下結(jié)論：

1)MBR對(duì)污染物的處理效果好,抗沖擊能力強(qiáng),運(yùn)行穩(wěn)定階段,COD的平均去除率86.4%；BOD5為97.6%；NH3－N為99% ；TP為68%；石油類(lèi)為86.7%.出水滿足國(guó)家一級(jí)排放的標(biāo)準(zhǔn).

2)運(yùn)行期間,對(duì)MBR進(jìn)行在線反洗,反洗時(shí)間15 min,浸泡1 h,反洗周期周期5 d,使用質(zhì)量濃度為300 mg·L－1的次氯酸鈉進(jìn)行在線反洗可以有效的清洗膜組件,使膜組件保持較低的過(guò)濾阻力及較穩(wěn)定膜組件的通量,通量范圍17～26 LMH,跨膜壓差小于13 kPa.說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)采用的MBR具有抗污染性強(qiáng)、易清洗、通量高等優(yōu)點(diǎn),適用石化工業(yè)廢水的處理.

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MBR in Petrochemical Industry Wastewater Treatment with Good Effect

LIN Li-hua
（Suntar Environmental Technology Co.，Ltd.，Xiamen 361021，China）

Membrane Bioreactor（MBR）process was used to treat petrochemical industry wastewater，and removal rates of CODcr，BOD5，NH3-N，TP and petroleum in MBR system were studied.The experimental result indicates that MBR produces good and steady effects in petrochemical wastewater purification.The removal rates of CODcr，BOD5，NH3-N，TP and petroleum averaged 86.4%，97.6%，99%，68%，and 86.7% respectively.The concentrations of CODcr，BOD5，NH3-N，TP and petroleum in the effluent averaged 35.9，2.9，0.46，0.36，and 1.35 mg·L－1respectively，meeting the national standards for wastewater discharge（I），and the system operates with stable effect by on-line NaClO backwashing.The industrial application of MBR in petrochemical wastewater treatment produces good effects.

membrane bioreactor；petrochemical industry wastewater；water treatment

X703.1

A

1673－4432（2015）05－0105－06

（責(zé)任編輯 李 寧）

2015－04－15

2015－07－14

林麗華 (1975－),女,工程師,研究方向?yàn)槟ぴ谒幚碇械膽?yīng)用.E-mail：13950107829＠163.com