張 亮，王建民，于江梅

（山西省陽煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司 稷山分公司，山西 運城 043200）

MBR技術(shù)在純堿廠廢水處理中的應(yīng)用

張 亮，王建民，于江梅

（山西省陽煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司 稷山分公司，山西 運城 043200）

通過對膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio－Reactor，簡稱MBR）的工藝路線、設(shè)計原理、處理效果的介紹及成功運行的分析和討論，既指出此工藝的優(yōu)勢也對其存在的問題進(jìn)行了探討。

純堿廠廢水；污水處理；MBR

近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會的進(jìn)步，不少地區(qū)水質(zhì)受到環(huán)境污染的威脅在增加，使得水資源緊缺的現(xiàn)象越來越普遍。為此，給水排水工作者和技術(shù)專家們一如既往地為獲取高質(zhì)量的飲用水和有效控制水體污染而努力，提高水處理的技術(shù)水平，以適應(yīng)環(huán)境和發(fā)展的需要。其中MBR膜生物反應(yīng)器是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型高效的污水生化處理工藝［1］。在短短的幾十年里，MBR技術(shù)經(jīng)歷了分置式、錯流式和浸沒式膜生物反應(yīng)器3個階段，其中，浸沒式膜生物反應(yīng)器是21世紀(jì)公認(rèn)的最有發(fā)展前途的環(huán)境治理技術(shù)之一［2］，也是目前處理高濃度廢水［3］和污水中水回用［4］的理想技術(shù)。

我公司綜合生產(chǎn)能力：合成氨6萬t／a，純堿18萬t／a，氯化銨20萬t／a，為山西省最大的純堿制造企業(yè)。在生產(chǎn)過程中，造氣循環(huán)水、合成循環(huán)水、脫硫循環(huán)水等工段會定期排出一定數(shù)量的廢水，水中的污染物以氨氮、氰化物、硫化物以及COD等污染物為主，且濃度較高，為了企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，公司于2008年斥資1 500多萬建造了1座污水處理廠，日處理廢水3 600m3。

1 MBR膜生物反應(yīng)器處理工藝

在污水處理、水資源再利用領(lǐng)域，膜生物反應(yīng)器（MBR），是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，迄今已有30年的歷史，目前在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。其作用原理：首先通過活性污泥來去除水中可生物降解的有機污染物，然后采用膜將凈化后的水和活性污泥進(jìn)行固液分離。MBR是活性污泥法中的一種，是利用生物反應(yīng)槽（曝氣槽）內(nèi)含微生物菌群的活性污泥吸附水體中的有機污染物，并以其為營養(yǎng)物質(zhì)或增殖材料，使水體中的有機污染物分解達(dá)到凈化廢水的目的。浸沒式MBR處理技術(shù)是將吸入泵、曝氣器和生物反應(yīng)池為一體式的最新膜生物反應(yīng)器，膜組件直接放于生物反應(yīng)器中，膜內(nèi)流速由空氣的攪拌提供。對有機物、氨氮濃度高的廢水，采用前置式反硝化生物脫氮工藝（A／O工藝），與浸沒式MBR工藝結(jié)合，將彌補傳統(tǒng)A／O工藝的不足。

本工程使用的膜為抗污染的PVDF中空纖維膜，膜孔徑在0.4μm左右，能夠截留住活性污泥以及絕大多數(shù)的懸浮物，得到清澈的出水。為了使得膜能夠連續(xù)長期穩(wěn)定的使用，在中空絲膜的下方以一定強度的空氣不斷對膜進(jìn)行抖動，既起到為生物氧化供氧的作用，又防止活性污泥附著在膜的表面造成膜的污染。

2 工藝技術(shù)路線

廢水首先經(jīng)過細(xì)篩網(wǎng)隔除廢水中的懸浮物和雜物后流入調(diào)節(jié)池，均衡水質(zhì)水量，然后用泵打入沉淀池進(jìn)行固液分離，上清液流入MBR處理池，MBR處理池設(shè)計為A／O處理系統(tǒng)：在前段，進(jìn)水與后段的回流水充分混和進(jìn)行生物反硝化脫氮，在后段進(jìn)行生物降解和硝化，同時加堿補充氨氮硝化所消耗的堿度，處理后水直接排放。工藝流程見圖1。主要設(shè)備見表1。

圖1 廢水處理工藝流程圖

表1 主要處理設(shè)備

3 設(shè)計原理

生化反應(yīng)池為一體化構(gòu)筑物，包括缺氧池（A池）、好氧池（O池）和膜生物反應(yīng)池（M池）［5］。A池和O池的A／O工藝主要用來去除水中的氨氮，然后采用MBR膜生物反應(yīng)器將凈化后的水和活性污泥進(jìn)行固液分離。A／O工藝采用硝化和反硝化反應(yīng)，在A池的厭氧條件下，反硝化菌將硝酸鹽氮）和亞硝酸鹽氮）還原為氮氣，反應(yīng)式為：

4 MBR處理工藝的出水水質(zhì)

聯(lián)堿廠產(chǎn)生的工業(yè)廢水，經(jīng)過廢水處理工段處理后，出水水質(zhì)已完全符合GB8978－1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級標(biāo)準(zhǔn)的要求，處理效果見表2所示。

表2 處理效果一覽表

5 MBR膜生物反應(yīng)器運行總結(jié)

1）在廢水生物處理中，微生物最適宜的溫度范圍一般為16～30℃，最高溫度在37～43℃。夏季由于氣溫較高，使得進(jìn)入調(diào)節(jié)池的水的溫度提高到46℃左右，嚴(yán)重影響了微生物的生存環(huán)境。為了保障其正常的運行，我們在調(diào)節(jié)池頂加了1套噴水抽氣降溫裝置，使得進(jìn)入調(diào)節(jié)池的水溫降低到37℃左右，保障了微生物的生化處理效果。

2）曝氣池內(nèi)的溶解氧控制在大于3mg／L，出口處的溶解氧最好控制在2mg／L左右較為適宜。因為溶解氧過高，除了能耗增加外，高速氣流使池內(nèi)激烈攪動會打碎生物絮粒，并易使污泥老化。而溶解氧過低會影響絮粒內(nèi)部微生物的代謝速率，影響生化處理效果。

3）高濃度的含鹽廢水對微生物的影響特別大。微生物的單位結(jié)構(gòu)是細(xì)胞，細(xì)胞壁相當(dāng)于半滲透膜，高濃度的含鹽廢水，鹽分濃度越高，滲透壓越大，微生物體內(nèi)的水分子會大量滲透到體外溶液中，造成細(xì)胞失水而發(fā)生質(zhì)壁分離，嚴(yán)重者微生物死亡。所以在純堿系統(tǒng)廢水鹽分濃度驟然增高時，將水排入事故池暫時存放，在純堿系統(tǒng)正常運行后，再用事故水泵分期加入調(diào)節(jié)池進(jìn)行處理，以減少對MBR池的生物活性的影響。

4）純堿廢水中含有大量的氨氮，在硝化過程中會產(chǎn)生大量的H＋，當(dāng)廢水中的堿度不能滿足硝化反應(yīng)的需要，會使得pH下降，抑制硝化過程的徹底進(jìn)行，一方面引起（還原物）的累積，造成出水COD值偏高，另外會引起氨氮不能徹底去除，造成氨氮超標(biāo)，因此必須補充投加一定量的純堿以滿足硝化反應(yīng)的需要。盡管在反硝化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的堿度可補償硝化反應(yīng)過程中消耗的一些堿度，但是一定要控制O池中的pH在6.5～8.5之間；A池中的pH在6.7～7.4之間。

6 結(jié) 論

該廢水處理工程自2008年建成運行至今，整套工程設(shè)施運行基本正常，多次監(jiān)測結(jié)果表明，該處理系統(tǒng)工藝適合純堿廠的廢水處理系統(tǒng)，其投資與普通生化法基本相當(dāng)，但出水水質(zhì)穩(wěn)定、污泥量小、占地面積緊湊，運行和管理簡單，為MBR工藝處理堿廠廢水提供了寶貴的工程實踐。但此工藝也有一定的局限性，如PVDF膜的生產(chǎn)成本較高，且膜的使用壽命較短，預(yù)防膜污染及膜的再生技術(shù)還有待更進(jìn)一步的研究，從經(jīng)濟分析上來看，膜的使用成本較高是阻礙MBR工藝獲得大規(guī)模應(yīng)用的最主要障礙。膜質(zhì)量的提高和制造成本的降低還有待膜制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善。

［1］ 許振良.膜法水處理技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：219～260

［2］ 彭躍蓮，劉忠洲.膜生物反應(yīng)器在廢水處理中的應(yīng)用［J］.水處理技術(shù)，1999，25（4）：63～69

［3］ Gunder P，et al.Replacement of secondary clarification by membrane separation results with plate and hollow fiber modules.Wat.Sci.Tech.1998，38（4～5）：383～393

［4］ 張捍民，張興文，劉毅慧.中水回用工程的MBR系統(tǒng)設(shè)計［J］.給水排水，2002，28（11），65～67

［5］ Simon Judd.Claire Judd.The MBR Book：Principles and Applications of Membrane Bioreactors in Water and Wastewater Treatment.2006，124～160.

X 592；TQ 114.1

C

1005－8370（2012）01－07－03

2010－12－13

張亮（1980－），2008年畢業(yè)于陜西師范大學(xué)高分子化學(xué)與物理專業(yè)，發(fā)表SCI論文兩篇，現(xiàn)在陽煤豐喜集團(tuán)任職。