復合式MBR膜生物反應器深度處理印染廢水的試驗研究

方麗娜

（杭州碟濾膜技術有限公司，杭州 311121）

當前，人們可以采用復合式膜生物器處理印染綜合廢水，把原有的生化系統和膜系統充分結合起來，利用膜系統來優(yōu)化原有的生化系統，同時還把其他一些生物處理方法（如生物活性炭）融入膜生物反應器中，形成一套綜合性的處理工藝。復合式MBR工藝提高了廢水的可生化性，可以有效分解難降解的有機物，使出水達到國家新的排放要求[1]。

膜生物反應器，又被稱為MBR，屬于高效膜分離技術與生物反應器的有機結合，是一種新型的生物化學反應系統。該系統改變了以往活性污泥去沉淀的方式，采用膜組件法來達到水泥分離的目標，從而對廢水進行有效處理。其出水水質良好，固液分離率較高，又具有處理效率高、對存儲場地要求不嚴格、運行管理十分便利等優(yōu)勢。

1 試驗部分

1.1 原水水質

試驗進水為某個園區(qū)大型污水處理廠的二沉池出水，廢水中含有大量的難降解的物質。具體水質如表1所示。

表1 進水水質

1.2 試驗方法

1.2.1 中試裝置

本次試驗利用MBR膜生物反應器集成設備，處理強度可達1 m3/h。本次試驗共分為兩個階段，第一階段是各個生化處理單元，第二階段是MBR處理單元。試驗使用的膜片為聚偏氟乙烯中的空纖維微孔過濾膜，為孔徑0.4 μm，以負壓式運行。試驗設備與工程交接十分簡便，能夠在同一時間運行。主要設備包括提升泵、流量計、風機、污泥回流泵、特制MBR試驗膜片、攪拌機、電動閥、抽吸泵、藥洗泵和集成水箱。

1.2.2 工藝流程

本文研究的印染廠所排放的廢水為二沉池生化出水，其中存在眾多難以降解的物質，且生化性處于劣勢，因此需要通過水解酸化、活性炭強化聯合反應才能完成，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

從圖1可知，原水首先經過水解酸化，實現初步的混合，使廢水中體積較大的有機物分解成多個小體積的有機物，為分解提供便利。然后，通過曝氣作用，在好氧菌不斷降解和沖擊下，使有機物充分講解，輸送到膜生物反應器中。在反應器中，借助活性炭與膜的聯合反應，使混合液中的有機物與微生物絮體殘留在反應器中，以提高反應器的濃度，延長有機固體的停留時間，進一步促進有機物的分解。同時，在膜的作用下能夠實現泥水分離，最終可以獲取清水。

1.2.3 試驗過程及參數控制

試驗共計兩部分，第一部是污泥馴化與系統調整，所需20 d；第二部分是系統穩(wěn)定運行階段，所需45 d。

反應器污泥濃度8.0～9.5 g/L，污泥負荷0.2～0.5 MLSS/d，溶解氧2.0～3.8 mg/L，投加磷酸二氫鉀以補充磷源10 mg/L，投加尿素以補充碳源15 mg/L。

1.2.4 測試方法

按照國家的相關規(guī)定，對試驗中的化學需氧量（COD）、總磷（TP）、污泥沉降比以及溶解氧（DO）等進行測定，并且使用流量計壓力表測量過濾壓力、膜透水量等。

2 試驗結果及討論

2.1 COD的去除效果及分析

圖2 2011年COD進出水圖

從圖2可以看出，2011年11月1日至11月22日，試驗處于污泥馴化期，MBR出水COD在80～90 mg/L，波動性相對較大。2011年11月23日至2012年1月5日，試驗處于穩(wěn)定運行期，MBR出水COD穩(wěn)定在75 mg/L左右，并且隨著運行時間的增長，COD的去除效果越來越好。穩(wěn)定運行期間平均去除率達到32%，說明MBR工藝對難降解的水質依然具有較好的去除效果。

長時間運行實踐充分證實，水解酸化和復合式MBR工藝具有以下優(yōu)點：在水解酸化池的反應中，大分子有機物向小分子轉變，使較難降解的物質被有效分解，極大地提高了廢水可生化性，為后期生化處理打好基礎；在膜的高效截留反應下，微生物的流失度顯著降低，尤其在一些優(yōu)勢菌種身上，體現得更加明顯。同時，反應器的污泥濃度得到極大提高，污泥濃度始終控制在8～10 mg/L，這樣極大地提高了對有機物的降解能力。

2.2 色度的去除效果及分析

圖3 試驗期間進出水色度的變化情況

由圖3可見，水解酸化和MBR膜生物反應器聯合工藝對廢水的色度去除較好，在系統處于馴化階段時，色度去除只有60%左右，隨著時間的延長，系統趨于穩(wěn)定，色度的去除效果逐漸提高。在運行到43 d時，在MBR池內加入少量活性炭，提高色度去除效率，最后出水穩(wěn)定在25倍左右，去除率達到70%。

2.3 對其他指標的去除

原水、MBR出水水質指標如表2所示。

表2 出水水質

MBR對氨氮的去除包括補充尿素的13.5 mg/L氮，MBR對氨氮去除率應為90%，總氮去除率為65%。MBR系統中的硝化作用好，主要是MBR可以完全截留微生物，污泥齡延長，使得硝化細菌得以生存增殖。

MBR出水濁度在0.2～0.3，去除率達到99%，其主要利用膜的截留作用。本試驗使用的膜片為三菱公司的PVDF膜片，膜的過濾孔徑在0.4 μm左右，可以有效截留住廢水中的懸浮物和一些大分子有機物。另外，MBR系統中可以加入少量活性炭，從而改善MBR池內的污泥結構，凈化池內水質。

圖4 兩種膜的壓差

中試試驗采取橫流量間歇式出水的運行方式，抽吸頻率為開8 min，停2 min。試驗運行過程中，用跨膜壓差的高低來反映膜污堵的情況。由圖4可見，本系統在前15 d內，跨膜壓差基本上沒有太大變化。15 d后有所上升，壓差在-0.2 kPa左右。30 d后，膜壓的上升速率增大，膜表面的污染程度加劇，到45 d時，膜壓達到2.2 kPa，此時對膜進行在線清洗，膜經過清洗后又降到-0.1 kPa以內。整個試驗過程沒有達到膜清洗上限-0.3 kPa。優(yōu)良的抗污堵效果說明PVDF膜抗污染性比較強，間歇式運行有助于減少膜的污染情況，抽吸停止時，膜兩側的壓力為零，這樣堆積在膜表面的污染物在氣流的涌動下就會脫落，達到清洗的效果。再者，活性炭改善了污泥的結構，使泥水分離效果更好。

3 結論

中試采用復合式MBR工藝對園區(qū)型印染綜合廢水二級生化出水進行深度處理，試驗結果證明，系統處理效果理想，抗負荷能力強，運行穩(wěn)定，出水波動性小。MBR出水COD≤80 mg/L、氨氮≤2 mg/L、TP≤1 mg/L、色度≤30倍，達到了出水的要求?；钚蕴考尤隡BR反應器，不僅強化了膜生物反應器的處理效果，還在一定程度上延緩了膜的污染情況，保證了系統的平穩(wěn)運行。