MBR技術在純堿廠廢水處理中的應用

張 亮，王建民，于江梅

（山西省陽煤豐喜肥業（集團）股份有限公司 稷山分公司，山西 運城 043200）

MBR技術在純堿廠廢水處理中的應用

張 亮，王建民，于江梅

（山西省陽煤豐喜肥業（集團）股份有限公司 稷山分公司，山西 運城 043200）

通過對膜生物反應器（Membrane Bio－Reactor，簡稱MBR）的工藝路線、設計原理、處理效果的介紹及成功運行的分析和討論，既指出此工藝的優勢也對其存在的問題進行了探討。

純堿廠廢水；污水處理；MBR

近年來，隨著經濟的發展，社會的進步，不少地區水質受到環境污染的威脅在增加，使得水資源緊缺的現象越來越普遍。為此，給水排水工作者和技術專家們一如既往地為獲取高質量的飲用水和有效控制水體污染而努力，提高水處理的技術水平，以適應環境和發展的需要。其中MBR膜生物反應器是20世紀60年代發展起來的一種新型高效的污水生化處理工藝［1］。在短短的幾十年里，MBR技術經歷了分置式、錯流式和浸沒式膜生物反應器3個階段，其中，浸沒式膜生物反應器是21世紀公認的最有發展前途的環境治理技術之一［2］，也是目前處理高濃度廢水［3］和污水中水回用［4］的理想技術。

我公司綜合生產能力：合成氨6萬t／a，純堿18萬t／a，氯化銨20萬t／a，為山西省最大的純堿制造企業。在生產過程中，造氣循環水、合成循環水、脫硫循環水等工段會定期排出一定數量的廢水，水中的污染物以氨氮、氰化物、硫化物以及COD等污染物為主，且濃度較高，為了企業的可持續性發展，公司于2008年斥資1 500多萬建造了1座污水處理廠，日處理廢水3 600m3。

1 MBR膜生物反應器處理工藝

在污水處理、水資源再利用領域，膜生物反應器（MBR），是一種由膜分離單元與生物處理單元相結合的新型水處理技術，最早出現在20世紀70年代，迄今已有30年的歷史，目前在世界范圍內得到了廣泛應用。其作用原理：首先通過活性污泥來去除水中可生物降解的有機污染物，然后采用膜將凈化后的水和活性污泥進行固液分離。MBR是活性污泥法中的一種，是利用生物反應槽（曝氣槽）內含微生物菌群的活性污泥吸附水體中的有機污染物，并以其為營養物質或增殖材料，使水體中的有機污染物分解達到凈化廢水的目的。浸沒式MBR處理技術是將吸入泵、曝氣器和生物反應池為一體式的最新膜生物反應器，膜組件直接放于生物反應器中，膜內流速由空氣的攪拌提供。對有機物、氨氮濃度高的廢水，采用前置式反硝化生物脫氮工藝（A／O工藝），與浸沒式MBR工藝結合，將彌補傳統A／O工藝的不足。

本工程使用的膜為抗污染的PVDF中空纖維膜，膜孔徑在0.4μm左右，能夠截留住活性污泥以及絕大多數的懸浮物，得到清澈的出水。為了使得膜能夠連續長期穩定的使用，在中空絲膜的下方以一定強度的空氣不斷對膜進行抖動，既起到為生物氧化供氧的作用，又防止活性污泥附著在膜的表面造成膜的污染。

2 工藝技術路線

廢水首先經過細篩網隔除廢水中的懸浮物和雜物后流入調節池，均衡水質水量，然后用泵打入沉淀池進行固液分離，上清液流入MBR處理池，MBR處理池設計為A／O處理系統：在前段，進水與后段的回流水充分混和進行生物反硝化脫氮，在后段進行生物降解和硝化，同時加堿補充氨氮硝化所消耗的堿度，處理后水直接排放。工藝流程見圖1。主要設備見表1。

圖1 廢水處理工藝流程圖

表1 主要處理設備

3 設計原理

生化反應池為一體化構筑物，包括缺氧池（A池）、好氧池（O池）和膜生物反應池（M池）［5］。A池和O池的A／O工藝主要用來去除水中的氨氮，然后采用MBR膜生物反應器將凈化后的水和活性污泥進行固液分離。A／O工藝采用硝化和反硝化反應，在A池的厭氧條件下，反硝化菌將硝酸鹽氮）和亞硝酸鹽氮）還原為氮氣，反應式為：

4 MBR處理工藝的出水水質

聯堿廠產生的工業廢水，經過廢水處理工段處理后，出水水質已完全符合GB8978－1996《污水綜合排放標準》中一級標準的要求，處理效果見表2所示。

表2 處理效果一覽表

5 MBR膜生物反應器運行總結

1）在廢水生物處理中，微生物最適宜的溫度范圍一般為16～30℃，最高溫度在37～43℃。夏季由于氣溫較高，使得進入調節池的水的溫度提高到46℃左右，嚴重影響了微生物的生存環境。為了保障其正常的運行，我們在調節池頂加了1套噴水抽氣降溫裝置，使得進入調節池的水溫降低到37℃左右，保障了微生物的生化處理效果。

2）曝氣池內的溶解氧控制在大于3mg／L，出口處的溶解氧最好控制在2mg／L左右較為適宜。因為溶解氧過高，除了能耗增加外，高速氣流使池內激烈攪動會打碎生物絮粒，并易使污泥老化。而溶解氧過低會影響絮粒內部微生物的代謝速率，影響生化處理效果。

3）高濃度的含鹽廢水對微生物的影響特別大。微生物的單位結構是細胞，細胞壁相當于半滲透膜，高濃度的含鹽廢水，鹽分濃度越高，滲透壓越大，微生物體內的水分子會大量滲透到體外溶液中，造成細胞失水而發生質壁分離，嚴重者微生物死亡。所以在純堿系統廢水鹽分濃度驟然增高時，將水排入事故池暫時存放，在純堿系統正常運行后，再用事故水泵分期加入調節池進行處理，以減少對MBR池的生物活性的影響。

4）純堿廢水中含有大量的氨氮，在硝化過程中會產生大量的H＋，當廢水中的堿度不能滿足硝化反應的需要，會使得pH下降，抑制硝化過程的徹底進行，一方面引起（還原物）的累積，造成出水COD值偏高，另外會引起氨氮不能徹底去除，造成氨氮超標，因此必須補充投加一定量的純堿以滿足硝化反應的需要。盡管在反硝化反應過程中產生的堿度可補償硝化反應過程中消耗的一些堿度，但是一定要控制O池中的pH在6.5～8.5之間；A池中的pH在6.7～7.4之間。

6 結 論

該廢水處理工程自2008年建成運行至今，整套工程設施運行基本正常，多次監測結果表明，該處理系統工藝適合純堿廠的廢水處理系統，其投資與普通生化法基本相當，但出水水質穩定、污泥量小、占地面積緊湊，運行和管理簡單，為MBR工藝處理堿廠廢水提供了寶貴的工程實踐。但此工藝也有一定的局限性，如PVDF膜的生產成本較高，且膜的使用壽命較短，預防膜污染及膜的再生技術還有待更進一步的研究，從經濟分析上來看，膜的使用成本較高是阻礙MBR工藝獲得大規模應用的最主要障礙。膜質量的提高和制造成本的降低還有待膜制造技術的進一步發展和完善。

［1］ 許振良.膜法水處理技術［M］.北京：化學工業出版社，2001：219～260

［2］ 彭躍蓮，劉忠洲.膜生物反應器在廢水處理中的應用［J］.水處理技術，1999，25（4）：63～69

［3］ Gunder P，et al.Replacement of secondary clarification by membrane separation results with plate and hollow fiber modules.Wat.Sci.Tech.1998，38（4～5）：383～393

［4］ 張捍民，張興文，劉毅慧.中水回用工程的MBR系統設計［J］.給水排水，2002，28（11），65～67

［5］ Simon Judd.Claire Judd.The MBR Book：Principles and Applications of Membrane Bioreactors in Water and Wastewater Treatment.2006，124～160.

X 592；TQ 114.1

C

1005－8370（2012）01－07－03

2010－12－13

張亮（1980－），2008年畢業于陜西師范大學高分子化學與物理專業，發表SCI論文兩篇，現在陽煤豐喜集團任職。