陳利軍，麥建波，劉 戀，陳國輝，王 輝

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膜生物反應(yīng)器處理印染廢水的試驗(yàn)研究

陳利軍，麥建波，劉 戀，陳國輝，王 輝

（廣東新大禹環(huán)境工程有限公司，廣東 廣州 5100601）

通過對(duì)印染廢水試驗(yàn)研究，使用一體式膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝處理該類廢水，采用單因素試驗(yàn)優(yōu)化工藝參數(shù)，并獲得最佳工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，本MBR系統(tǒng)處理印染廢水的最佳工藝條件是：污泥濃度 5~10 g/L，溶解氧 2~4 mg/L，污泥容積負(fù)荷 0.7~0.8 kg COD/(m3·d)，水力停留時(shí)間 15~20 h，出水的COD去除率在90%上下。

膜生物反應(yīng)器；印染廢水；最佳工藝參數(shù)

印染廢水具有有機(jī)污染物含量高、水質(zhì)變化大、堿性高、色度大和毒性大等特點(diǎn)，屬難處理的工業(yè)廢水。近年來，由于化學(xué)纖維織物的發(fā)展、仿真絲的興起和印染后整理技術(shù)的進(jìn)步，使人造絲堿解物、PVA漿料、新型助劑等難生化降解有機(jī)物大量進(jìn)入印染廢水，其COD含量越來越高。在水資源缺乏和水排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格的情況下，常規(guī)廢水處理工藝存在COD降低不完全、色度去除率低和處理成本高等問題，已不能滿足印染廢水處理要求，開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的印染廢水深度處理技術(shù)，使其能滿足減少污染物總排放量和回用的要求，已成為當(dāng)今環(huán)保行業(yè)關(guān)注的課題[1-4]。

近年來，膜生物反應(yīng)器（MBR）處理印染廢水開始受到關(guān)注[5-10]。20世紀(jì)90年代初期，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心率先在國內(nèi)研究分離式膜生物反應(yīng)器處理印染廢水[11]。仝攀瑞等[12]對(duì)MBR處理印染廢水的膜污染及清洗進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)膜污染主要是由膜表面凝膠層造成的，而且化學(xué)清洗的效果優(yōu)于物理清洗。廈門大學(xué)的洪俊明等[13]研究了在不同的基質(zhì)濃度、染料濃度以及氨氮濃度下，A/O MBR對(duì)模擬印染廢水的降解特性，發(fā)現(xiàn)該工藝主要通過厭氧槽的水解酸化對(duì)活性染料進(jìn)行脫色，而好氧槽主要起到去除COD的作用。Lee J W等[14]分別用吸附、凝聚、中空纖維微濾膜分離及3種工藝的組合對(duì)分別含有活性橙-6及活性黑-5染料成分的2種活性染料廢水進(jìn)行了處理，工藝的組合使廢水的處理效果遠(yuǎn)優(yōu)于單獨(dú)工藝，同時(shí)，MBR能夠很好地與現(xiàn)有生產(chǎn)工藝相結(jié)合，提高印染廢水的處理效果。

本文針對(duì)高平工業(yè)區(qū)印染廢水的具體情況，研究膜生物反應(yīng)器對(duì)印染廢水的處理效果。通過活性污泥控制參數(shù)（污泥濃度、溶解氧）和MBR運(yùn)行參數(shù)（污泥容積負(fù)荷、水力停留時(shí)間）等因素對(duì)COD去除率的影響研究，以及運(yùn)行過程中膜參數(shù)（膜壓力、膜通量）的變化，獲得該種MBR系統(tǒng)處理印染廢水的效果，使廢水處理在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上達(dá)到一定要求。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)水質(zhì)

本試驗(yàn)研究的印染廢水來自中山市高平織染水處理公司，進(jìn)水水質(zhì)情況如表1所示。

1.2 工藝流程

本研究處理印染廢水的主要工藝為預(yù)處理系統(tǒng)+MBR。在保證進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定的情況下，以MBR處理為主，結(jié)合預(yù)處理方法，在預(yù)處理過程中采用調(diào)節(jié)水量、調(diào)節(jié)pH值、調(diào)節(jié)水溫、厭氧酸化水解處理、混凝沉淀等工藝。工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

表1 印染廢水進(jìn)水水質(zhì)

圖1 工藝流程簡(jiǎn)圖

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 污泥濃度對(duì)COD去除率的影響

廢水好氧生物處理的原理主要是利用微生物的新陳代謝活動(dòng)將廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和能量，同時(shí)微生物得到增殖，因此反應(yīng)器內(nèi)的微生物數(shù)量可以決定反應(yīng)器的處理能力。一定條件下，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度越高，污染物降解量越大，即反應(yīng)器內(nèi)可承受的進(jìn)料負(fù)荷越高。MBR的優(yōu)勢(shì)就在于通過膜的截留作用可以避免微生物流失，使反應(yīng)器內(nèi)保持一定數(shù)量的微生物，對(duì)難降解物質(zhì)的降解有一定促進(jìn)作用。

圖2 污泥濃度對(duì)出水COD去除率的影響

圖2為MBR處理印染廢水時(shí)，污泥濃度（MLSS）對(duì)COD去除率的影響。由圖2可以看出，MLSS從初期3.3 g/L逐漸增加到19.5 g/L，在這個(gè)過程中，系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果一直較好，去除率都在80%以上。這主要是因?yàn)榻臃N污泥是采用原活性污泥池的污泥，MBR系統(tǒng)內(nèi)的污泥不需要再馴化。傳統(tǒng)的活性污泥法MLSS一般在2~4 g/L，而該試驗(yàn)中MBR系統(tǒng)能夠保持反應(yīng)器內(nèi)較高的MLSS質(zhì)量濃度。而且，在中試試驗(yàn)中，基本沒有污泥外排，這樣就使廢水中那些大分子顆粒狀難降解的成分在有限體積的生物反應(yīng)器中的停留時(shí)間更長，而達(dá)到最終有效去除效果的目的。本試驗(yàn)反應(yīng)器中最佳MLSS是5~10 g/L，出水COD運(yùn)行穩(wěn)定后平均能達(dá)到30 mg/L，完全滿足了出水水質(zhì)要求。

2.2 溶解氧濃度對(duì)COD去除率的影響

在好氧活性污泥法的運(yùn)行過程中，曝氣池中溶解氧（DO）濃度的高低會(huì)影響有機(jī)物的去除效率和活性污泥的生長狀況。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)溶解氧供應(yīng)不充分時(shí)，微生物的代謝就會(huì)受到影響，污染物的去除效率會(huì)下降；當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)溶解氧濃度過高時(shí)，微生物則進(jìn)行消耗性內(nèi)源呼吸，活性污泥的量將減少，活性污泥的絮狀結(jié)構(gòu)也將破壞，同時(shí)也浪費(fèi)了能源。

圖3為MBR處理印染廢水時(shí)，溶解氧含量對(duì)COD去除率的影響。由圖3可知，DO值對(duì)COD去除率有一定的影響。12月和1月運(yùn)行過程中，共有3次DO增大的趨勢(shì)，COD去除率隨之增大，最大時(shí)達(dá)到95.2%。當(dāng)DO持續(xù)增大超過4 mg/L時(shí)，MBR系統(tǒng)對(duì)COD的去除率有所降低。這表明2~4 mg/L是本試驗(yàn)反應(yīng)器高效運(yùn)行的最佳DO值區(qū)間。

圖3 溶解氧對(duì)出水COD去除率的影響

2.3 污泥容積負(fù)荷對(duì)COD去除率的影響

污泥容積負(fù)荷是指每立方米池容積每日負(fù)擔(dān)的有機(jī)物量，其計(jì)量單位通常以kgCOD/(m3·d)表示，常用來直觀地評(píng)價(jià)生化裝置的實(shí)際處理負(fù)荷及在相同條件下的操作管理的優(yōu)劣。

圖4為MBR處理印染廢水時(shí)，污泥容積負(fù)荷對(duì)COD去除率的影響。由圖4可知，MBR容積負(fù)荷從0.2 kg COD/( m3·d)增大到1.0 kg COD/( m3·d)時(shí)，COD去除效率能保持較高的水平。2008年10月和12月運(yùn)行過程中，系統(tǒng)內(nèi)容積負(fù)荷提高時(shí)（0.8 kg COD/( m3·d)以上），COD去除率在90%以上，這說明該MBR系統(tǒng)在處理有機(jī)物能力上還有提升的潛力，在降低運(yùn)行成本上還有一定的空間?？紤]到經(jīng)濟(jì)因素，本試驗(yàn)反應(yīng)器中最佳的污泥容積負(fù)荷為0.5~0.8 kg COD/( m3·d)。

圖4 容積負(fù)荷對(duì)出水COD去除率的影響

2.4 水力停留時(shí)間對(duì)COD去除率的影響

圖5為MBR處理電鍍前處理廢水時(shí)，水力停留時(shí)間（HRT）的變化對(duì)COD去除率的影響。由圖5可以看出，在進(jìn)水COD濃度為800~1 500 mg/L時(shí)，隨著水力停留時(shí)間的增加，反應(yīng)器對(duì)COD的去除效率先增大后減小。HRT為15~20 h時(shí)，MBR系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水COD的平均去除率達(dá)到90%以上。這表明本試驗(yàn)反應(yīng)器中最佳停留時(shí)間為15~20 h。

圖5 水力停留時(shí)間對(duì)出水COD去除率的影響

2.5 膜參數(shù)變化情況

對(duì)于膜的清洗，本試驗(yàn)采用自動(dòng)實(shí)時(shí)的膜清洗和手動(dòng)的離線膜清洗方式。當(dāng)膜壓差達(dá)到設(shè)定的值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的膜清洗，之后恢復(fù)正常運(yùn)行。當(dāng)實(shí)時(shí)的膜清洗作用不大時(shí)，進(jìn)行離線膜清洗。

圖6（a）和圖6（b）分別為MBR處理印染廢水時(shí)膜通量和膜壓差的變化情況，及對(duì)應(yīng)COD去除率的情況。由圖6（a）可知，隨著MBR試驗(yàn)裝置的運(yùn)行，膜壓差平均值從最初的18 kPa上升至后期的22.85 kPa，COD去除率保持在90%左右。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行7至10 d后，膜壓差的最大值超過膜能承受的規(guī)定值。這時(shí)采用在線清洗使膜的出水壓差下降恢復(fù)至初始水平，之后繼續(xù)運(yùn)行，膜在線清洗時(shí)間為0.5~1 d。

圖6 膜運(yùn)行參數(shù)變化情況：（a）膜通量；（b）膜壓力

由圖6（b）可知，隨著MBR試驗(yàn)裝置的運(yùn)行，膜通量平均值從最初的0.4 m3/h下降至后期的0.2 m3/h，COD去除率保持在80%以上。但是，較低的膜通量會(huì)造成試驗(yàn)裝置反應(yīng)器停留時(shí)間過長，甚至超過20h，實(shí)際運(yùn)行意義并不大，此時(shí)停止系統(tǒng)運(yùn)行，并對(duì)膜進(jìn)行離線清洗。

3 效益分析

3.1 環(huán)境效益

本項(xiàng)目MBR試驗(yàn)的進(jìn)行，極大的提高了印染廢水處理及深度處理技術(shù)水平，將COD的排放濃度從100 mg/L降低至50 mg/L，對(duì)于改善區(qū)域水環(huán)境，保護(hù)供水水源和飲用水源環(huán)境意義十分巨大。

3.2 社會(huì)效益

建設(shè)對(duì)印染廢水的深度處理工程技術(shù)，改善環(huán)境，是建設(shè)美好家園，提高人民生活水平，保證人民身體健康的重要前提。將MBR技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于集中處理的難降解印染廢水在國內(nèi)研究尚屬首例，可為全國其他的大規(guī)模深度處理印染廢水作出示范作用，具有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值。

3.3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益

中山地區(qū)近年紡織、印染、服裝等多種規(guī)模產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，用水量和污水排放量將繼續(xù)增加，若不盡快發(fā)展印染廢水深度處理，水環(huán)境的惡化將從根本上制約整個(gè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此該項(xiàng)目試驗(yàn)，對(duì)工業(yè)區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展意義巨大。

MBR直接運(yùn)行成本1.8元/t廢水，同時(shí)可將該項(xiàng)目技術(shù)成套化、裝置化銷售，滿足了中小印染企業(yè)對(duì)水處理設(shè)備的需求，因此具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可得到如下結(jié)論：

（1） 本課題試驗(yàn)工藝對(duì)印染廢水的處理效果較好，出水COD平均去除率在90%以上，可以滿足直接排放進(jìn)入地表水Ⅲ類水體的水質(zhì)要求。

（2） MBR作為印染廢水的深度處理工藝，運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行成本在1.8元/t水，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（3） 污泥容積負(fù)荷達(dá)到0.8 kgCOD/(m3·d)以上時(shí)，COD的去除率在90%以上，說明MBR試驗(yàn)在降低運(yùn)行成本上還有一定的空間。

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Study on Treatment of Dyeing Wastewater by Membrane Bio-Reactor

，，，，

（Guangdong Dayu Environment Engineering Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510060, China）

The performance of membrane bio-reactor (MBR) for treating dyeing wastewater was studied. The optimal operation parameters were determined as follows: the concentration of mixed liquid suspended solids (MLSS) 5~10 g/L, the concentration of dissolved oxygen (DO) 2~4 mg/L, the sludge volume loading 0.7~0.8 kg COD/(m3·d), hydraulic retention time (HRT) 15~20 h. Under above conditions, the removal efficiency of COD was about 90%.

Membrane bio-reactor; Dyeing wastewater; Optimum technological parameter

X 703

A

1671-0460（2014）06-0915-04

2008年廣東省“節(jié)能減排與可再生能源”重大科技專項(xiàng)基金，專題編號(hào)：1015。

2013-12-30

陳利軍（1981-），女，湖北天門人，工程師，工學(xué)碩士，2006年畢業(yè)于華南理工大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，研究方向：水污染治理工程。E-mail：15813354264@139.com。