尹 航,杜 娟,盛培展,祝群力,苗利利,余迎春

（1.中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100076;2.濟鋼集團有限公司,山東濟南 250101）

MBBR工藝處理反滲透濃鹽水中試研究

尹 航1,杜 娟2,盛培展2,祝群力1,苗利利1,余迎春1

（1.中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100076;2.濟鋼集團有限公司,山東濟南 250101）

通過現(xiàn)場中試考察了MBBR工藝處理鋼鐵企業(yè)反滲透濃鹽水的效果。中試結(jié)果表明，MBBR對于氨氮的去除效果明顯，去除率穩(wěn)定在90%以上；對濃鹽水中COD也有很好的去除效果，去除率達(dá)70%以上。

MBBR；濃鹽水；氨氮；研究

1 引言

隨著水資源的短缺，膜法已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)再生水處理工藝的主要處理單元，而在再生水的生產(chǎn)過程中也會產(chǎn)生大量的濃鹽水[1]。若這些濃鹽水未經(jīng)妥善處理直接排放，既會造成水資源的嚴(yán)重浪費，還會帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。尤其是其中的氨氮和有機物污染物，會給鋼鐵企業(yè)帶來很大的環(huán)保壓力。因此在濃水排放到自然水體和回收前，應(yīng)對反滲透濃水中的氨氮及有機物進行適當(dāng)?shù)奶幚韀2]。但又因其高含鹽量、低COD和可生化性差等特點，是現(xiàn)今水處理技術(shù)的一大難題。

移動床生物膜反應(yīng)器（Moving bed biofilm reactor,MBBR），是以懸浮填料為微生物載體的生物接觸氧化法，具有載體流化所需能耗小，不會發(fā)生堵塞，水頭損失小等特點。它是吸收了傳統(tǒng)的流化床和生物接觸氧化法兩者的優(yōu)點而形成的一種高效的污水處理方法，是懸浮生長的活性污泥法和附著生長的生物膜法相結(jié)合的一種工藝。

MBBR工藝通過以密度接近于水的懸浮填料投加到曝氣池中作為微生物的載體，并依靠曝氣池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用處于流化狀態(tài)實現(xiàn)載體填料與污水的充分接觸反應(yīng)。研究表明，在MBBR系統(tǒng)中，生物固體平均停留時間與水力停留時間無關(guān)，世代時間較長的硝化菌和亞硝化菌能夠得以很好的繁衍、增殖[3,4]，在去除氨氮方面有著很大優(yōu)勢。

目前，MBBR的應(yīng)用已非常廣泛，既能夠應(yīng)用于可生化性好的城市污水處理[5]，也能夠處理低濃度的冶金全廠綜合廢水[6]，還能夠應(yīng)用于高濃度有機廢水的處理[7]。但將MBBR應(yīng)用于冶金行業(yè)反滲透濃鹽水處理在國內(nèi)目前尚未有成功案例可參考借鑒。本試驗在中試規(guī)模下，研究MBBR工藝對某鋼廠綜合污水處理廠的濃鹽水中氨氮和COD的去除效果。

2 材料與方法

2.1 實驗裝置

MBBR中驗裝置如圖1所示，反應(yīng)器由有機玻璃加工而成，外圍用角鋼進行加固。設(shè)計進水水量為0.5 m3/h，反應(yīng)器尺寸設(shè)為1.6m×1.6m×1.5m，反應(yīng)器底部安裝穿孔曝氣管。反應(yīng)器內(nèi)投加懸浮填料，填料如圖2所示。本中試所采用的填料為K3型，單個填料有效比表面積≥500m2，填料材質(zhì)比重為0.96，掛上微生物膜后易于形成流化狀態(tài)。在裝置出水口處設(shè)格網(wǎng)，防止填料流出和較大懸浮污泥堵塞出水管，網(wǎng)孔≤14 mm。為了更快地培養(yǎng)污泥和填料掛膜，在反應(yīng)裝置內(nèi)設(shè)電加熱器，使系統(tǒng)內(nèi)溫度能夠維持在（24±1）℃。

圖1 MBBR反應(yīng)器裝置示意圖

圖2 MBBR反應(yīng)器中的填料

2.2 中試進水水質(zhì)

本實驗中采用某鋼廠現(xiàn)有污水處理廠反滲透濃水作為進水水源，直接從反滲透濃水母管將濃水引入MBBR裝置，進入裝置之前設(shè)截止閥和流量計以便控制水量。目前反滲透濃水COD濃度為30～90 mg/L，氨氮濃度為5～30 mg/L，TDS約為4000 mg/L，pH約為7.2，溫度約為15.0℃。

2.3 測試方法

COD：重鉻酸鹽法；氨氮：納氏試劑分光光度法；電導(dǎo)和TDS：電極法（HANNA EC215）；pH：電極法（HANNApH211）；溶解氧：電極法（HACH LDO101）。

3 中試研究

3.1 MBBR的啟動

本中試對微生物的培養(yǎng)馴化采用接種同步培訓(xùn)法，即利用其它污水處理廠的剩余污泥作為種泥，使培養(yǎng)和馴化過程同時進行或交替進行。首先將取自焦化廢水處理廠好氧段的活性污泥接種至MBBR裝置內(nèi)，使系統(tǒng)內(nèi)污泥濃度為1000 g/m3，進行悶曝24 h。由于進水有機物濃度較低，COD濃度只有30～40 mg/L且可生化性較差，體系內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)處于較低水平，微生物大部分處于內(nèi)源呼吸階段，雖有利于微生物的抱團成膜，但并不利于微生物增值生長[8]，所以在悶曝24 h后將培養(yǎng)方式改為間歇式進出水培養(yǎng)，即每次用0.5 m3濃水將裝置中廢水置換，每天進行兩次，并每次投加相當(dāng)于25 mg/LCOD的葡萄糖，使得微生物在逐漸適應(yīng)高鹽、低有機濃度的環(huán)境的同時保證其生長。經(jīng)過近20天的培養(yǎng)，填料表面已有較明顯的灰黑色生物膜附著，啟動階段水質(zhì)變化見圖3和4。

圖3 MBBR啟動階段COD濃度變化曲線

圖4 MBBR啟動階段氨氮濃度變化曲線

從圖3～4中可以看出，經(jīng)過20天的間歇培養(yǎng)馴化，MBBR裝置對COD和氨氮已經(jīng)有了一些去除效果，但由于COD處于較低濃度范圍，這也成為了微生物生長及其去除效果的主要限制因素。同時系統(tǒng)內(nèi)存在大量的懸浮態(tài)微生物，懸浮污泥與固著生物膜在對有機物的競爭中占有優(yōu)勢，所以造成的填料的掛膜質(zhì)量不好，也影響到了濃水的處理效果[9]。

針對中試運行情況，開始進行小流量連續(xù)進出水培養(yǎng)過程，一方面連續(xù)進水能夠為系統(tǒng)內(nèi)微生物提供連續(xù)性的營養(yǎng)物質(zhì)以保證其正常生長繁殖；另一方面，連續(xù)進出水可以逐漸將裝置內(nèi)的懸浮污泥排出系統(tǒng)，使附著在填料上的微生物成為優(yōu)勢菌種，充分體現(xiàn)出MBBR的技術(shù)優(yōu)勢。在進水流量為7 m3/d的條件下，裝置運行了15天，填料表面原有的灰黑色蓬松微生物膜已轉(zhuǎn)化為黃色致密的生物膜，但此時COD和氨氮的去除率并不理想。于是逐漸縮短水力停留時間至4 h，MBBR對氨氮的去除效果開始顯現(xiàn)。這說明微生物對于這種高含鹽量、低有機物濃度和可生化性差的濃鹽水需要更長時間的培養(yǎng)與馴化，并可以通過增加有機負(fù)荷來加快MBBR反應(yīng)器的啟動時間。

3.2 MBBR工藝的運行性能

3.2.1 MBBR對濃鹽水中氨氮的去除效果

在進水流量為12 m3/d的條件下，MBBR達(dá)到了設(shè)計工況。研究表明，該工藝對硝化過程和生物脫氮效率的提升具有直接的作用[10]，這一點在本中試工程中得到了印證。在設(shè)計工況條件運行的初期，氨氮的去除率就很快達(dá)到了89.4%，并且能夠保持穩(wěn)定出水，如圖5。

圖5 MBBR對于濃鹽水中氨氮去除效果曲線圖

從圖5中可以看出，中試反應(yīng)器對濃鹽水中的氨氮有非常明顯的去除效果，絕大多數(shù)時間里氨氮的去除率均超過90%，甚至出水經(jīng)常接近于0。中試反應(yīng)器對濃鹽水中氨氮濃度的沖擊也有較好的抵抗能力。

3.2.2 MBBR工藝對濃鹽水中COD的去除效果

中試前期，較長時間的培養(yǎng)馴化使得填料表面的微生物在高鹽、低濃度的廢水環(huán)境下對COD的去除也有較好的效果，見圖6。

圖6 MBBR工藝對濃鹽水中COD去除效果曲線圖

由圖6可以看出，進水水質(zhì)波動較大，但有機物濃度總體偏低，且可生化性差，但經(jīng)過系統(tǒng)的培養(yǎng)馴化，填料表面的微生物已經(jīng)對濃鹽水水質(zhì)有了很好的適應(yīng)性，COD去除率能夠達(dá)到70%以上，最高可達(dá)到80%，出水COD穩(wěn)定在10～20 mg/L。通過圖中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，低有機物濃度廢水中有機物濃度成為該中試處理效果的重要限制因素。當(dāng)進水COD濃度逐漸降低至30 mg/L以下時，由于系統(tǒng)內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的匱乏，影響了異養(yǎng)菌的活性，導(dǎo)致了COD去除率逐漸降低。但系統(tǒng)具有一定的抗沖擊能力，當(dāng)進水COD升高，其COD去除率會很快恢復(fù)到原有水平。

4 結(jié)論與建議

（1）由于濃鹽水高含鹽量、低有機物濃度和可生化性差等特點，MBBR的啟動時間相對較長，若有機物濃度過低則需要外加碳源來維持微生物的生長與繁殖，從而加快MBBR反應(yīng)器的啟動時間。

（2）采用MBBR工藝處理反滲透系統(tǒng)濃鹽水達(dá)到了非常好的效果，對氨氮的去除率超過90%，甚至出水氨氮值經(jīng)常接近于0；對COD的去除率在大部分時間均能超過70%，出水COD小于20 mg/L，完全滿足達(dá)標(biāo)排放的水質(zhì)要求。

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Pilot Study on MBBR Process to Treat Reverse Osmosis Concentrated Brine

Yinhang1,Dujuan2,Shengpeizhan2,Zhuqunli1,Miaolili1

(1.MCC Capital Engineering&Research Co.,Ltd.,Beijing,100176,China; 2.Jinan Iron&Steel Group Co.,Ltd.,Jinan,Shandong 250101,China）

The effect of the process of moving bed biofilm reactor (MBBR)in treatment of reverse osmosis concentrated brine in steel industry was investigated through field pilotscale experiment.The results showed that the effect of MBBR to remove ammonia nitrogen is very obvious,with the removal above 90%.The effect of COD removal by MBBR is also good,with the removal rate above 70%.This pilot experiment provided valuable experience for future practical engineering.

MBBR;concentrated brine;ammonia nitrogen;study

TF085

B

1006-6764（2015）06-0042-04

2015-03-31

尹航（1987－），碩士，工程師。畢業(yè)于北京化工大學(xué)，現(xiàn)從事工業(yè)給水、廢水處理相關(guān)工作。