收稿日期：2024-03-26

作者簡介：文遠志（1981—），男，四川南充人，工程師。研究方向：水處理工程、膜工藝工程。

摘要：有機廢棄物經(jīng)厭氧消化可生產(chǎn)沼氣，但會產(chǎn)生有機廢水，環(huán)境風險高。作為均質膜，超濾膜可用于處理有機廢水。以沂南縣有機廢棄物綜合利用項目為例，結合工藝流程，分析生化處理系統(tǒng)運行現(xiàn)狀和膜工藝段設計參數(shù)，從而利用超濾膜處理有機廢水，消除環(huán)境風險。

關鍵詞：超濾膜；有機廢水；生化處理；膜工藝

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）05-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.05.053

Application of Ultrafiltration Membrane in Organic Wastewater Treatment

WEN Yuanzhi

（Sichuan Senohang Environmental Protection Technology Co.， Ltd.， Mianyang 621000， China）

Abstract： Organic waste can be anaerobic digested to produce biogas， but it produces organic wastewater， which poses high environmental risks. As a homogeneous membrane， ultrafiltration membrane can be used to treat organic wastewater. Taking the comprehensive utilization project of organic waste in Yinan county as an example， combined with the process flow， the operating status of the biochemical treatment system and the design parameters of the membrane process section are analyzed， in order to use ultrafiltration membrane to treat organic wastewater and eliminate environmental risks.

Keywords： ultrafiltration membrane; organic wastewater; biochemical treatment; membrane process

超濾技術已經(jīng)應用于很多領域，但是超大型沼氣工程末端采用超濾膜處理廢水的案例很少。沂南縣有機廢棄物綜合利用項目采用超濾膜處理尾水，膜系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場情況進行調整，處理后出水實現(xiàn)穩(wěn)定達標排放。

1 項目工藝流程

沂南縣有機廢棄物綜合利用項目占地面積超過20 000 m2，采用沼氣罐厭氧+兩級厭氧+兩級好氧+膜生物反應器處理工藝，如圖1所示。設計廢水處理能力為870 m3/d，其中450 m3回用，420 m3回灌于氧化塘或農田。產(chǎn)水水質執(zhí)行《農田灌溉水質標準》（GB 5084—2021）的旱作標準。調節(jié)池進水是厭氧塔出料經(jīng)板框壓濾機處理后的水；排水是消毒殺菌后的清水池出水；回用水是二級缺氧池后的緩沖水池回用管取水。設計進出水水質如表1所示。主要監(jiān)測指標有化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand after 5 days，BOD5）、懸浮物（Suspended Substance，SS）、氨氮（NH3-N）、總磷（Total Phosphorus，TP）、pH、糞大腸菌群和蛔蟲卵。

2 生化處理系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

該項目屬于超大型沼氣工程，進水為壓濾液，COD與氨氮含量偏高，進水量波動很大，在設計生化系統(tǒng)時，必須充分考慮水質和水量波動。有機廢棄物收集后送至配料車間，采用回用水進行洗脫。洗脫水收集后提升到沼氣厭氧塔進行發(fā)酵，溫度一般保持在30～40 ℃。厭氧塔產(chǎn)生的沼氣送至脫硫塔進行脫硫，脫硫后的沼氣進入儲氣罐進行儲存。現(xiàn)場配備2臺沼氣發(fā)電機組，儲氣罐內的脫硫沼氣燃燒后進行發(fā)電。厭氧塔排出的混合液經(jīng)提升泵提升到板框壓濾機，使固液分離，固相經(jīng)輸送帶輸送到堆肥車間，液相流到調節(jié)池。板框壓濾機出水在調節(jié)池中混合，每日檢測調節(jié)池進水，以確保水質合乎設計要求。如果水質高于設計值，利用末端產(chǎn)水稀釋到設計值以下，為生化處理做好準備。經(jīng)測定，二級好氧池混合液懸浮固體濃度（Mixed Liquid Suspended Solids，MLSS）為8 500 mg/L，溶解氧含量為3.5 mg/L，溫度為22 ℃。生化處理系統(tǒng)各工藝段的水質參數(shù)如表2所示。監(jiān)測日期分別為2023年3月24日和3月26日。

生化處理系統(tǒng)按照設計參數(shù)調試后，調節(jié)池進水逐步送入生化處理系統(tǒng)，直至達到設計進水量。設計進水COD不超過6 000 mg/L，氨氮含量不超過2 000 mg/L，但是各工藝段的實際進水COD和氨氮均大大超過設計值，COD最高達到8 600 mg/L，氨氮含量最高達到4 200 mg/L。進水水質偏高，但是生化處理系統(tǒng)各項指標控制較好，二級厭氧處理后回用水指標完全符合要求。根據(jù)設計，如果進水水質偏高，采用末端產(chǎn)水對進水進行稀釋。實際運行時，即使進水水質偏高，生化處理系統(tǒng)仍然能正常運行，各工藝段水質都達標，可能得益于良好的設計。

3 膜工藝段設計參數(shù)

超濾膜抗化學及物理破壞能力強，膜組件的抗氧化性、抗紫外線輻射性、耐酸堿性和化學穩(wěn)定性強，使其廣泛適應各種污水。作為均質膜，超濾膜的氣水比和能耗超低，伸長率較大，柔軟性好，抗疲勞能力強，膜絲擺動阻力小，因此較小的吹掃氣量能使膜絲達到很好的氣水混合清洗效果。膜絲永久性親水改造帶來高通量產(chǎn)水、低通量衰減。永久親水性改造后，抗污染能力強，跨膜壓力小，能較長時間保持較低的產(chǎn)水工作壓力。同時，跨膜壓差增長緩慢，產(chǎn)水通量衰減緩慢，保證產(chǎn)水量的長期穩(wěn)定。超濾膜耐化學清洗能力強，保證膜的性能恢復。膜組件工作一段時間后總會出現(xiàn)各種污染，是否能通過化學清洗恢復膜絲性能尤為重要。膜絲為均質膜，化學性能優(yōu)良，能適應多種化學藥劑的清洗，以恢復性能。超濾膜裝填密度高，膜系統(tǒng)占地面積小，同時節(jié)省膜池土建成本[1]。

3.1 超濾膜的選擇

根據(jù)有機廢棄物壓濾液的特性，兩級厭氧好氧處理后，評估二級好氧池出水混合液的沉降效果及離散狀態(tài)，末端加入超濾膜，以保證出水SS滿足設計要求。超濾膜組器置于膜池，在產(chǎn)水泵負壓抽吸條件下，水穿過膜表面微孔，懸浮物、細菌及大分子量膠體等物質被截留，從而完成過濾，膜池取代傳統(tǒng)二沉池。膜組器底部采用節(jié)能脈沖曝氣產(chǎn)生紊動，沖刷膜表面并使顆粒從膜表面脫落，確保膜表面保持清潔。膜前后壓力差達到設定值時，要進行化學清洗。采用浸沒式膜組器，以適應膜池土建尺寸為基本原則，保證膜組器在設計年限內正常運行和清洗周期合理，以盡可能降低系統(tǒng)的自用水耗和運行能耗。膜組器主要包括膜組件、支撐架、曝氣裝置、集水裝置和起吊環(huán)等部件[2]。采用均質膜，每套膜裝置有50片膜，每片膜面積為20 m2，兩組膜架同時置于一個膜池。膜系統(tǒng)設計產(chǎn)水量為420 m3/d，日均膜通量設計值為8.75 L/（m2·h）。

3.2 超濾膜的運行

前端生化處理系統(tǒng)運行良好，污水進入膜池時，膜池混合液狀態(tài)很好。取膜池混合液、二級好氧池混合液和純水，采用定性濾紙（孔徑0.45 μm）測定3種水樣的過濾時間，判斷過濾性能[3]，如表3所示。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，膜池混合液的過濾性能很好。膜池MLSS為7 600 mg/L，溫度為22 ℃，風機風量為5.28 m3/min。結合膜裝置設計及膜池狀態(tài)，膜系統(tǒng)采用產(chǎn)水8 min、停歇2 min的運行模式（產(chǎn)水周期10 min）。根據(jù)二級好氧池水質數(shù)據(jù)、膜池混合液狀態(tài)和膜裝置吹掃風量，來水量大時，膜系統(tǒng)產(chǎn)水量可在短時間內提升10%，以適應來水量的波動。膜系統(tǒng)處理的水經(jīng)過脫色池后，在清水池中消毒，然后經(jīng)過排放泵進入農灌管網(wǎng)。經(jīng)取樣檢測，膜池產(chǎn)水管COD為95～123 mg/L，BOD5為46～63 mg/L，SS含量不大于5 mg/L。

3.3 超濾膜的清洗

根據(jù)現(xiàn)場硬件配置，結合清洗要求，超濾膜在線周期性清洗可以進行。要結合相關要求，開展離線清洗。具體來說，清洗前做好安全培訓。由安全員進行培訓后，方可開始清洗。清洗時，安全員全程監(jiān)督整個清洗過程是否符合安全規(guī)范。離線清洗前，將整個生化處理系統(tǒng)的液位降低至4 m左右，中間池排空備用。膜控制系統(tǒng)關閉自動運行，采用手動模式，二級好氧池出水不進入膜池。手動控制回流泵開啟，用回流泵將膜池混合液排空。對膜池內部進行鼓風，檢測氧含量正常后，觀察膜池底部的膜絲斷絲、積泥情況。如果積泥嚴重，首先進行人工清洗。用消防栓將水注入膜池，注水液位高于膜架30 cm即可。加入次氯酸鈉，調節(jié)濃度至1 000 mg/L，鼓泡10 min，攪拌均勻，浸泡6～8 h。浸泡過程中，每隔2 h風機開啟5 min。排空膜池內的次氯酸鈉溶液，用自來水清洗膜架膜絲，排空。膜池再次注水，淹沒膜架30 cm，加入檸檬酸，調節(jié)濃度至1%，鼓泡開啟，浸泡6～8 h。排空膜池檸檬酸溶液，用自來水清洗膜架膜絲，排空；二級好氧池出水進入膜池，淹沒膜架；關閉膜系統(tǒng)控制的手動模式，打開自動模式，正常運行。

4 結論

有機廢棄物經(jīng)厭氧消化可生產(chǎn)沼氣，沼氣可用于發(fā)電。但是，有機廢水環(huán)境風險高，超濾膜是處理有機廢水的有效方式。數(shù)據(jù)顯示，膜系統(tǒng)的高質量運行對前端生化處理系統(tǒng)的要求頗高，生化處理系統(tǒng)必須處于較好的狀態(tài)。原水屬于有機廢棄物壓濾液，設計進水COD不大于6 000 mg/L，但是實際進水COD最高值已接近9 000 mg/L。根據(jù)膜生物反應器設計，該項目壓濾液的膜通量為8.75 L/（m2·h），但是實際產(chǎn)水通量可達10.23 L/（m2·h），有機廢棄物壓濾液膜通量可以取9～11 L/（m2·h）。有機廢棄物厭氧消化與填埋垃圾厭氧發(fā)酵的機理基本一致，但是兩者原料成分相差太大，可生化性差異很大。有機廢棄物壓濾液COD高達60 000 mg/L，可生化性較好，使得生化處理系統(tǒng)的活性污泥性狀較好，膜生物反應器的膜污染較小，膜裝置在線清洗及離線清洗的頻次很低。膜生物反應器處理有機廢棄物的應用研究較少，該項目采用超濾膜，未來要長期跟蹤運行數(shù)據(jù)，明確有機廢水對膜通量衰減的影響。

參考文獻

1 鄔向東.膜生物反應器設計與應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2021：7.

2 鐘招煌，李新冬，李?？?，等.MBR技術在垃圾滲濾液處理中的應用[J].人民珠江，2022（3）：45-53.

3 馬東兵，岳 崢，丁西明，等.兩級AO+內置式超濾+兩級納濾工藝處理垃圾滲濾液[J].中國給水排水，2022（18）：78-82.