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膜反应器(MBR)在工业废水处理中的应用进展

返回列表发布人:tianrenhn   发布时间:2019-07-16  15:01:29

“十二五”期间,工业废水污染治理总投资约为1250亿元左右,年均治理投资约为250亿元左右。其中高浓度难降解工业废水的处理将成为产业发展的重点领域。膜生物反应器(MembraneBio-Reactor,MBR)[1]是一种由生物处理单元与膜分离单元相结合的新型水处理技术。是一种新型的水处理技术,具有出水水质好、处理效率高、占地面积小、运行管理简单等特点,对各种高浓度有机废水与难降解废水的COD、NH3-N等都能达到良好的去除效果等优点。笔者从印染废水、制药废水、含油废水、焦化废水、精细化工废水 河南制药废水处理 五个方面先容了各种膜反应器在工业废水处理中的应用,并提出几点建议。

1MBR对工业废水的处理

1.1印染废水的处理

印染废水成分复杂,色度深,碱性强,并且含有许多有毒、有害物质,对环境污染严重。膜生物反应器能对印染废水进行好氧生物活性的处理,并对水样的色度和浊度、生物耗氧量、化学耗氧量等各项水质指标进行测定、分析和处理。

孙艳霞[2]利用锰砂催化海绵铁内电解-膜生物反应器(MBR)耦合法来处理模拟印染废水,原印染废水COD为700~800mg/L,BOD5为230~250mg/L,色度为1000~1200倍,当其经过锰砂催化海绵铁内电解法预处理后,COD可降低到570~670mg/L之间,BOD5降低到200~320mg/L,色度降低到4~150倍。

随后使用MBR进行后续生物处理,出水COD值可降至3~31mg/L之间,平均COD值为8mg/L,MBR生物段脱色率为66.94%,整个MBR段对色度的去除率为76.29%。刘久清等[3]采用膜生物反应器对华纶印染有限企业的印染废水进行好氧生物活性处理,实验结果表明:在混合液悬浮固体质量浓度5~8g/L的条件下,若系统进水CODCr为750~900mg/L,BOD为130~250mg/L,色度为100~200倍时,出水CODCr去除率可高达86.6%,且出水中BOD、色度、浊度以及悬浮固体(SS)质量浓度几乎为0,处理效果良好。

但是,随着染料分子在MBR中的不断积累,试验后期系统出水的色度有所提高,造成最低色度去除率只有68%,去除效果不理想。曹凤波[4]用ASBR-MBR工艺对广东省江门市新会区美景兴业纺织有限企业的印染废水进行处理。

第一阶段运用单纯的MBR工艺,MBR容积负荷在0.21~0.26kgCOD/(m3˙d)之间;第二阶段采用ASBR-MBR组合工艺,在所涉及到的MBR容积负荷下,COD去除率分别在45%和65%以上,出水可满足此企业的回用标准;第三阶段采用单纯MBR工艺处理该企业污水处理厂的出水,在系统稳定运行阶段,系统对COD的去除率基本保持在92.0%~942%之间,出水pH、CODCr、色度皆优于广东省水污染物排放限值(GB4426-2001)中的排放标准。

且通过对比试验发现在色度、铁、硬度等方面,ASBR-MBR组合工艺的去除效果优于单纯的MBR工艺。刘冰[5]采用混凝-MBR-RO工艺对山东岱银集团金龙制衣有限企业牛仔布水洗过程中所产生的靛蓝染料废水进行处理,在MBR试验中,考察了污泥浓度、曝气量、HRT等操作条件对于出水的影响,进而试验确定了MBR反应器的最佳参数为:HRT为8h,曝气量为1.5m3/h,污泥浓度为6g/L。由于采用山东岱银集团金龙制衣有限企业调节池出水,水质较稳定,因此并未考察系统的耐受冲击负荷的能力,有待进一步研究。

总的来说,MBR利用膜的高效固液分离作用代替了传统活性污泥法中的二沉池,从而克服了污泥膨胀、占地面积大等问题,具有一定的应用价值。但应用MBR工艺需要定期对膜进行清洗,以去除纤维膜面的物质,因此运行成本高。

1.2制药废水的处理

制药生产过程中会产生大量的废水,其虽具有一定的可生化性,但色度和COD高,且含有众多毒性物质,若不经过有效处理,将会造成严重的污染环境。胡雪利[6]等采用一体式平板膜生物反应器 河南制药废水处理 对郑州拓洋实业有限企业生产的维生素制药废水进行实验研究,当HRT=12h时,系统对COD和NH4+-N的去除率分别为75.29%、85.81%;当HRT=22h时,去除率分别为81.01%、90.21%;当HRT=26h时,去除率分别为82.05%、90.84%。

但当污泥质量浓度升高、膜稳态通量降低时,膜通量的降低又会限制出水流量,从而降低了整个膜生物反应器的处理能力。FarshidPajoumShariatid[7]等人采用循环气升式膜生物反应器(ELAMBR)对药物中的对乙酰氨基酚进行了处理,一个月后,COD的含量降低了20%,MLSS的含量升高了20%,ELAMBR能有效的处理药物废水中的污染物。

李振红[8]等采用浸没一体式MBR工艺对某制药厂污水处理站的出水进行处理,实验表明,在HRT=9h条件下,若DO质量浓度为2、4、6mg/L,出水COD去除率分别为63%,75%,80%,出水NH3-N的去除率分别为88.5%,93.6%,94%。周平英[9]等采用厌氧-好氧平板膜生物反应器对哈药集团制药总厂污水处理调节池的废水进行实验处理,实验表明当MLSS=14000~15000mg/L,HRT=5.5h,进水COD在1000~4000mg/L间变化时,出水COD可基本保持在100mg/L以下,去除率达到90%以上。

胡雪利[10]采用一体式膜生物反应器(SMBR)工艺对维生素类制药废水进行试验研究,实验表明,在启动阶段,反应器对COD、NH4+-N的去除率也分别达到了80%、85%以上;运行阶段,系统对COD和NH4+-N去除率基本稳定在85%及90%以上。完全达到了《发酵类制药工业水污染物排放标准》(GB21903-2008)的排放要求。但污泥质量浓度越的升高,将导致膜稳态通量的降低,从而限制出水流量,导致整个膜反应器的处理能力降低。

1.3含油废水的处理

含油废水是一类污染严重、来源广泛的工业废水。其成分非常复杂,含有大量的COD、悬浮物、石油类有机物、挥发酚、硫化物、氨氮等有害物质。王金相[11]采用移动床生物膜反应器(MBBR)与活性污泥法(A/O)混合工艺对兰州石化的生产污水进行实验处理,当进水COD浓度为152.8~540.0mg/L时,MBBR池COD平均去除率为81.74%,出水COD平均浓度为48.19mg/L;当进水油类浓度为14.0~80.0mg/L时,MBBR池油类平均去除率91.00%,出水油类平均浓度为3.62mg/L,水质满足《污水综合排放标准》一级标准。

该工艺的应用可以在原有废水处理设施的基础上改造完成,不增加运行能耗和处理构筑物便可较大幅度的提升出水水质。但当水温和pH值超过一定范围后,废水中的微生物生长情况会改变,从而会对MBBR处理效率造成影响。

刘峰[12]运用MBBR法-活性污泥法(A/O)工艺对中国石化安庆分企业厂区炼油废水进行处理,实验表明,当进水量为0.6~0.9m3/h、溶解氧为2~4mg/L、平均总HRT=14.3h的条件下,A/O-MBBR工艺的COD和NH4+-N去除率分别达到了92.4%和99.8%;在进水量为0.2~0.3m3/h,溶解氧为2~4mg/L时,A/O—MBBR工艺的COD和NH4+-N的平均去除率分别达到了为83.2%和99.5%,均达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996)中的一级排放标准。

刘锋平[13]等运用水解酸化-膜生物反应器 河南制药废水处理 工艺,对京津唐“金三角”地带的某油田进行污水处理,实验结果表明,在最佳操作条件下,组合工艺对含油废水中的COD、挥发酚、石油类有机物、氨氮以及浊度等污染物有良好的去污效果,去除率分别为95.82%、99.86%、98.82%、98.86%和99.82%,出水水质完全达到国家综合污水排放一级标准(GB8978-1996)。但LeClech.P[14]等在其研究中指出,膜污染会限制MBR在废水处理中的应用效果,使生产效率降低,增加运营和维护成本。

1.4焦化废水的处理

焦化废水是炼焦、煤气净化以及化工产品精制过程的产物。其COD浓度较高,含有大量的环链有机物,如叠氮类无机物和氨氮等,直接外排对自然环境和人体健康的影响极大。胡玲[15]采用光催化降膜反应器技术对武汉市武钢焦化厂生产时所产生的废水进行实验处理,实验表明在3%H2O2溶液的添加量为500m了/L、pH为11.0、初始COD为125mg˙L-1、光照时间为5h时,色度、浊度和CODCr的去除率分别为17%、57%和45%,处理效果明显,这说明光催化降膜反应器处理焦化废水是可行的。

郑俊[16]等采用加压生物膜反应器的A/O法对某焦化厂现有气浮池的出水进行实验处理。当进水COD质量浓度的平均值为2031mg/L时,厌氧出水段、好氧一级段、整个系统对COD的去除率分别为31.96%、80.35%、87.46%,出水COD的平均值分别为1394.34、295.00、254.69mg/L,达到国家二级排放标准。难降解有机物在厌氧条件下比好氧条件下更易被降解,但完全厌氧降解的速率通常比较慢。

赵文涛[17]等采用浸没式厌氧/缺氧/好氧-膜-生物反应器(A1/A2/O-MBR)系统对北京首钢焦化厂的焦化废水进行处理,在无排泥条件下连续运行160d后,MLVSS/MLSS维持在89.2%~91.2%,且没有出现无机物的积累,污泥的表观产率逐渐降低并稳定在01035kg/kg。吴鑫[18]等采用MBR与微波联合工艺对北京首钢焦化厂调节池的出水进行处理。结果显示,该反应器对COD、NH3-N和TN的去除率分别为88%、100%和86%,在最佳运行参数条件下,出水中COD<80mg/L、TOC<25mg/L、NH3-N<0.5mg/L、TN<25mg/L,均达到了国家污水 河南制药废水处理 综合排放一级标准。但当pH不在7.0~7.5之间时,系统对COD、TN和NH3-N的处理效果会明显下降,也会增加反应器的运行费用。

1.5精细化工废水的处理

精细化工产品(如染料、制药、香料、农药等)生产过程中排出的有机物质,大多具有有毒有害、结构复杂、难以降解等性质,而膜反应器可通过膜组件的高效分离作用和膜的截留作用,大大提高污水的泥水分离效率。

戴鹏[19]等采用多相组合膜生物反应器对江苏泰兴某园区精细化工废水进行试验处理。实验结果表明,当进水浓度COD为600~900水分离效率。戴鹏[19]等采用多相组合膜生物反应器对江苏泰兴某园区精细化工废水进行试验处理。

实验结果表明,当进水浓度COD为600~900mg/L、总磷为2.0~6.0mg/L时,出水COD为80~120mg/L;总磷为0.5~2.0mg/L时,COD的去除率稳定在87%左右,总磷的去除率稳定在75%左右。但由于废水的生化效果不好,需在PACT池中投加大量粉末活性炭,才能勉强达到处理要求,且运行过程中会产生大量的污泥。李坤[20]采用移动床生物膜反应器对神华宁煤集团烯烃企业出水进行实验处理,当HRT=9.82h,进水COD为350~500mg/L时,出水COD浓度可稳定在100mg/L左右,最低可达52mg/L,总体去除率为75%,整体去除负荷最高可达1.17kg/(m3˙d-1)。

MBBR的核心是悬浮填料,其作为生物膜附着生长和降解有机物的重要场所,对反应器处理效果具有重要影响。蒋少军[21]采用移动床生物膜(MBBR)对江苏某大型化工综合企业生产时所产生的废水进行实验处理,当进水CODCr的质量浓度由原来的500mg/L提升到1000mg/L时,单位容积的处理能力可提升40%~50%,出水水质符合江苏省地方排放标准GB32/939-2006《化学工业主要水污染排放标准》中一级排放标准。

3结论

我国对MBR的研究虽然还不到10年,但是发展却十分迅速。从原有的生物反应处理工艺扩展到活性污泥与生物膜相结合的复合式工艺、生物膜法、两相厌氧工艺、接触氧化法等。随着MBR工艺的不断发展,其应用范围也不断拓宽,从生活污水扩展到了高浓度有机废水(啤酒废水、食品废水、含油废水等)与难降解工业废水(造纸废水、印染废水、化工废水等)。但仍存在一些不足,如,在膜反应器 河南制药废水处理 的使用过程中,若反应器循坏速度过大,将会导致生物膜大量脱落、出水悬浮物增多,从而导致去除效果大大降低另外,膜反应器处理废水会产生大量污泥,造成膜污染,也影响处理效果,如何避免膜污染是未来研究的方向之一。来源:当代化工 李思


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