朱 鵬，熊 芬，王麗嬌

（1.湖北荊州環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)有限公司，湖北荊州 434000；2.臺(tái)州市污染紡織工程技術(shù)中心，浙江臺(tái)州 318000）

工業(yè)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)進(jìn)步相輔相成，為人們生活和國家發(fā)展提供經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，但過快的工業(yè)發(fā)展速度也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染，尤其是工業(yè)廢水的肆意排放嚴(yán)重影響了水環(huán)境，為做好工業(yè)廢水回收處理工作，技術(shù)人員不斷探索研究，將膜生物反應(yīng)器與臭氧工藝結(jié)合，進(jìn)行污水處理回收應(yīng)用。膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor，簡(jiǎn)稱MBR）是膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)相結(jié)合的新型污水處理工藝，適用性強(qiáng)，污水處理效果好，而臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑，在污水處理工作中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，臭氧催化氧化期間部分臭氧會(huì)吸附在催化劑表面，多數(shù)臭氧會(huì)溶解在水中，水中的臭氧受到催化劑作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，去除污水中含有的有機(jī)物的目的，而臭氧氧化生成的氧化產(chǎn)物則會(huì)脫落。因此膜生物反應(yīng)器與臭氧工藝的良好結(jié)合，在工業(yè)回水應(yīng)用中使用效果良好，在此背景下，做好此項(xiàng)技術(shù)的深入研究具有深刻的現(xiàn)實(shí)意義。

1 膜生物反應(yīng)器簡(jiǎn)介

膜生物反應(yīng)器在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用廣泛，主要包括分離膜生物反應(yīng)器和無泡膜生物反應(yīng)器兩種，分離膜生物反應(yīng)器作為應(yīng)用廣泛，凈水效果較好的一種膜生物反應(yīng)器其中包含的膜組件相當(dāng)于二沉池，能夠很好地截留污泥，而無泡膜生物反應(yīng)器則能夠直接供應(yīng)高純度的氧，氣體分壓控制得當(dāng)。

1.1 MBR的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

相對(duì)傳統(tǒng)凈水回收裝置，MBR所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在它本身具有較好的工藝控制能力，出水水質(zhì)較高，應(yīng)用簡(jiǎn)單，占地面積小，同時(shí)，膜生物反應(yīng)器所具備的膜組件取代二沉池能夠獲得更高的生物濃度，提高水質(zhì)質(zhì)量，并且膜普遍具有高截留作用，能夠使微生物完全截留在反應(yīng)器內(nèi)，消化效果較好，廢水中的大分子成分能夠在足夠的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)完全排出，基本實(shí)現(xiàn)了剩余污泥的完全排放，總體來講，使用簡(jiǎn)單，性能優(yōu)秀，不受污泥膨脹因素影響。

1.2 MBR研究熱點(diǎn)問題

MBR技術(shù)雖然擁有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用效果較優(yōu)，但實(shí)際應(yīng)用過程中仍存在不少問題，具體的研究熱點(diǎn)包括膜的物理化學(xué)反應(yīng)，吸附反應(yīng)等。首先是膜污染問題，膜污染是指膜的微?；蛉苜|(zhì)分子與膜發(fā)生了反應(yīng)，某些溶質(zhì)發(fā)生變化，引起膜表面的吸附，從而導(dǎo)致膜孔徑減小，造成堵塞或者膜沉積。將膜生物污染分為兩個(gè)主要階段，首先是微生物代謝產(chǎn)物在膜表面吸附，凈水微生物中黏附速度快的細(xì)胞形成了初步的黏附。其次是最終的污染階段，后續(xù)大量菌種和大分子物質(zhì)的黏附加劇了微生物繁殖，這一階段的膜基本趨于穩(wěn)定，此時(shí)生物污染膜基本已經(jīng)形成最終狀態(tài)，膜通量下降，造成了不可逆轉(zhuǎn)的堵塞，抗污染能力有效提高。

2 臭氧工藝技術(shù)

2.1 臭氧催化氧化反應(yīng)機(jī)理

臭氧催化氧化技術(shù)是近些年來新出現(xiàn)的污水處理工藝，這種技術(shù)是在單純的臭氧氧化基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，解決了單純臭氧氧化技術(shù)應(yīng)用率較低，實(shí)際應(yīng)用效果差強(qiáng)人意的問題，臭氧催化氧化技術(shù)通過氧化性強(qiáng)的氮化催化劑實(shí)現(xiàn)水中污染物的處理，其中一些穩(wěn)定性的氧化物也能夠被臭氧分解，氧化效率高，污水處理效果好。均相催化氧化技術(shù)主要以離子形式將主族金屬的主要成分摻入廢水中，從而顯著提高了臭氧的利用率并提高了有機(jī)物的凈化效果。臭氧的一次催化氧化反應(yīng)的機(jī)理是水中的金屬離子促進(jìn)臭氧的分解，促進(jìn)水體中的氧與有機(jī)物的混合，通過氧化作用分解易腐爛的有機(jī)物，達(dá)到凈水目標(biāo)。非均相催化氧化反應(yīng)是可以在水中和催化劑中同時(shí)發(fā)生的反應(yīng)，有機(jī)污染物吸附在臭氧表面并引起氧化反應(yīng)。臭氧可溶于水以形成游離態(tài)，該游離態(tài)會(huì)被水中的有機(jī)污染物催化和氧化，該過程是未吸附的氧化反應(yīng)。非均相催化氧化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是低催化損失和水資源的清潔作用佳。

2.2 臭氧在廢水處理中的應(yīng)用

臭氧催化氧化技術(shù)在廢水處理中應(yīng)用是比較廣泛的，工業(yè)廢水的臭氧處理是指臭氧發(fā)生量高于0.5kg/h的處理系統(tǒng)，幾乎所有類型的工業(yè)廢水都能被合理有效地回收利用，臭氧氧化催化系統(tǒng)在工業(yè)廢水回收應(yīng)用中應(yīng)用廣泛，凈水效果優(yōu)秀，但也存在臭氧消耗量過大，能耗過高等問題，因此建議采用臭氧氧化與生物降解相組合的方式降低臭氧用量，提升污水處理效益。

3 MBR+臭氧工藝在工業(yè)區(qū)水回用中的應(yīng)用

3.1 工程概況

此次工業(yè)水回用項(xiàng)目位于某工業(yè)區(qū)，占地總面積達(dá)10 m2，每日污水排量近5 000m3，日污水處理量達(dá)200 m3，處理后的水用來進(jìn)行綠化灌溉，具體指標(biāo)如下：COD≤350mg/L，NH3-N≤30mg/L，BOD≤200mg/L，pH為6~9。項(xiàng)目園區(qū)的部分工業(yè)廢水經(jīng)專門設(shè)計(jì)用于深度處理，處理后的水質(zhì)符合《城市污水回收和城市雜用水質(zhì)》（GBT 18920—2002）的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)生產(chǎn)、使用、安全和健康要求，充分結(jié)合實(shí)際，做好管道工程和園林綠化設(shè)施工業(yè)回水利用。污水回用處理主要結(jié)構(gòu)是均化調(diào)節(jié)池、水處理池和機(jī)房等，工藝管道鋪設(shè)在地下溝槽中，沿著管道溝槽鋪設(shè)，控制電纜鋪設(shè)在地下電纜溝槽中。根據(jù)項(xiàng)目的水質(zhì)指標(biāo)，采用了膜生物反應(yīng)器處理工藝，以節(jié)省空間并方便后續(xù)操作。

3.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

膜生物反應(yīng)器處理工藝的預(yù)系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)池，粗、細(xì)格柵，膜格柵等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為Q=200m3/d，總變化系數(shù)為1.91。考慮到初始管道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的完整性和項(xiàng)目第一階段的規(guī)模小，在預(yù)處理系統(tǒng)中增加了一個(gè)均化調(diào)節(jié)池，確保工業(yè)廢水處理的水質(zhì)和水量均衡，以減少?zèng)_擊負(fù)荷并確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。預(yù)處理中包含了一道粗格柵通道的尺寸為12m×7m×4.7m，水流速為V=0.6m/s，主要為鋼混凝土結(jié)構(gòu)。調(diào)整后的水箱尺寸為14m×12m×7.7m，停留時(shí)間為8h，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的數(shù)量相同。提升泵房的大小為12m×6m，是在調(diào)節(jié)和鋼框架混凝土結(jié)構(gòu)中建造的，同樣為鋼混凝土結(jié)構(gòu)。細(xì)格柵和旋流沉砂池一起建造，小格柵之間的尺寸為12.6m×4.0m×1.2m，旋流沉砂池的直徑為1 830mm，設(shè)置有兩個(gè)。旋流沉渣池產(chǎn)生的廢物進(jìn)入膜格柵，膜柵的入口通道分為兩個(gè)通道，膜柵的結(jié)構(gòu)尺寸為12.8m×4.0m×1.2m，超細(xì)轉(zhuǎn)鼓式格柵位于入口處，通道與膜柵的燒烤桿之間的距離為1mm，安裝角度為5°。轉(zhuǎn)鼓式格柵上的柵渣被泵送到螺旋擠壓脫水機(jī)，然后送到垃圾車向外運(yùn)輸。

3.2.2 生化池

MBR處理與臭氧化處理技術(shù)相結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)更佳的氧化處理效果，達(dá)到凈水目標(biāo)。此次項(xiàng)目中的再生水廠一期工程中，主要采用了AAO處理工藝，包括一個(gè)厭氧區(qū)，兩個(gè)缺氧區(qū)和兩個(gè)好氧區(qū)，本項(xiàng)目的進(jìn)水網(wǎng)管主要由政府進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計(jì)，本身就具有較好的雨污分流改造功能，水質(zhì)基本能夠滿足設(shè)計(jì)需求，另外，系統(tǒng)本身具有較好的可生化性能，原水經(jīng)過水井進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)后，生物池內(nèi)又分為五條廊道，分別具有隔墻設(shè)置，反應(yīng)池中的污泥通過水泵提升回流到好氧區(qū)的前段部分，剩余的污泥則進(jìn)入到儲(chǔ)泥區(qū)域，污泥處理率較高，即使是在進(jìn)水碳源不足的情況下，也能夠通過補(bǔ)充乙酸鈉的方式滿足脫氮需求。

3.2.3 MBR膜系統(tǒng)

MBR膜系統(tǒng)作為膜生物反應(yīng)處理器與臭氧技術(shù)相結(jié)合的工業(yè)回水處理工藝的核心，相當(dāng)于傳統(tǒng)的二沉池固液分離和顆粒濾料濾池，主要功能為過濾，本次項(xiàng)目所使用的MBR膜系統(tǒng)，內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，包括膜系統(tǒng)風(fēng)機(jī)房、膜系統(tǒng)加藥間等，風(fēng)機(jī)房的平面尺寸為6.5m×6m，而系統(tǒng)建設(shè)的平面尺寸為9m×7m，設(shè)計(jì)安裝規(guī)格為200m3/d，為降低內(nèi)部負(fù)荷對(duì)膜系統(tǒng)的影響，要求做好預(yù)留膜箱位置確定。

3.2.4 臭氧氧化

臭氧氧化車間主要包括臭氧發(fā)生間以及接觸反應(yīng)系統(tǒng)，這幾項(xiàng)系統(tǒng)非常直接地表明了臭氧氧化凈水的過程：①首先是臭氧氧化作用的發(fā)生區(qū)域，工業(yè)廢水、污水進(jìn)入到臭氧氧化池中，經(jīng)過膜池出水泵的提升后，可以直接與臭氧接觸，經(jīng)過井底的兩個(gè)過水孔進(jìn)入到臭氧氧化池，然后接至活性炭過濾口，實(shí)現(xiàn)活性炭吸附。②接觸反應(yīng)系統(tǒng)膜生物反應(yīng)器相結(jié)合的新技術(shù)必須做好主要參數(shù)的設(shè)計(jì)，保證其臭氧接觸池為臭氧反應(yīng)區(qū)和出水井兩部分，現(xiàn)將臭氧氧化反應(yīng)區(qū)分為兩組，每組分為兩個(gè)接觸區(qū)域，臭氧投加比例為1∶1。

3.2.5 活性炭吸附裝置

活性炭吸附裝置主要由活性炭吸附罐及其反沖洗系統(tǒng)組成，用臭氧氧化實(shí)現(xiàn)第一步凈水后，水中的高分子量有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，廢水在通過活性炭時(shí)，其中的有機(jī)物分子被吸附到活性炭表面，從而達(dá)到深水凈化的目的。從技術(shù)優(yōu)勢(shì)上來，活性炭吸附裝置清潔力好，使用簡(jiǎn)單，不會(huì)造成水質(zhì)二次污染。

3.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

膜生物反應(yīng)處理器與臭氧氧化技術(shù)相結(jié)合的污水處理技術(shù)結(jié)合先進(jìn)現(xiàn)代手段，使用膜組器代替沉淀池，實(shí)現(xiàn)固液分離和凈水作用，擁有出水水質(zhì)穩(wěn)定、水量高、凈化效果好、污泥排放量高等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，結(jié)合了兩項(xiàng)優(yōu)質(zhì)技術(shù)的污水處理手段，自動(dòng)化程度更高，占地面積小，使用簡(jiǎn)單，工業(yè)廢水污水處理完后可以直接作為中水回用，同時(shí)，生物膜又具有避免各種微生物細(xì)菌存活，降低污泥的能力，因此能夠顯著減少污水處理費(fèi)用，最后，此次選用的膜反應(yīng)器與臭氧氧化技術(shù)相結(jié)合的新型工藝，屬于特色技術(shù)，設(shè)計(jì)要求較高，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較高。

3.4 運(yùn)行效果與價(jià)值

膜生物反應(yīng)器污水處理技術(shù)本身就具有使用效果好、占地面積小、污染小等優(yōu)勢(shì)，與臭氧氧化技術(shù)相結(jié)合后其凈化性能更進(jìn)一層樓，本身所具有的膜組能夠代替沉淀池進(jìn)行過濾反應(yīng)，提供自動(dòng)化程度更高，處理污水效果更好的生物膜。另外，其中所包含的高濃度微生物污泥處理質(zhì)量高，不需要單獨(dú)設(shè)立固液分離設(shè)備，既提高了自動(dòng)化管理水平，又實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單易行的污泥處理，此次項(xiàng)目使用了膜生物反應(yīng)器與臭氧氧化技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)，施工成本有效降低，污水回收利用效率顯著提高，最后，回收利用的污水可以用來進(jìn)行綠植灌溉，既降低城市水資源消耗率，也能培養(yǎng)人們的節(jié)約意識(shí)。

4 結(jié)語

膜生物反應(yīng)器與臭氧氧化組合工藝完美結(jié)合能夠更好地實(shí)現(xiàn)污水處理，達(dá)到污水資源化，節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)，降低成本投入，節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)綜合效益的提升，但由于此技術(shù)屬于新型技術(shù)，因此使用過程中存在多項(xiàng)問題，技術(shù)人員需不斷進(jìn)行深入研究，為后續(xù)發(fā)展提供參考。