MBR在鈔票紙廢水處理中的應用研究

胡志華

(昆山鈔票紙業有限公司 江蘇 昆山 215335)

MBR在鈔票紙廢水處理中的應用研究

胡志華

(昆山鈔票紙業有限公司 江蘇 昆山 215335)

采用浸沒式平板膜生物反應器對鈔票紙廢水處理進行了中試研究。實驗表明，出水CODcr、NH3-N、BOD5平均去除率達85%、84%和95%。系統溫度為系統運行的關鍵因素，在20oC以上膜運行穩定，出水穩定達標，系統最佳膜通量在0.4m3/m2·d。低于15oC時出水波動較大，膜污堵較快，通量需調整在0.2m3/m2·d及以下運行。

膜生物反應器 平板膜 鈔票紙廢水

膜生物反應器（MBR）是膜技術和污水生物處理技術相結合的污水處理新工藝，近年來已引起廣泛的關注，并逐步應用于城市污水和工業廢水的處理之中[1,2]。由于傳統生物處理技術二沉池固液分離性能的限制，使得反應器的微生物濃度不能太高，而MBR能成功代替二沉進行高效固液分離，大大提高反應器的污泥濃度，同時具有出水水質好、耐沖擊能力強、污泥產生率低等優點[3,4]。

該文研究了浸沒式平板膜在鈔票紙廢水處理中的應用，分析了處理效果及影響膜污堵因素。

1 試驗裝置和方法

1.1 廢水特性

中試廢水來源于昆山鈔票紙業有限公司污水處理站預處理后出水，廢水組成為制漿廢水、抄紙白水及生活廢水，比例約為1∶10∶1，該廢水生化性較差，含有較多造紙化學產品及填料，增加了廢水的處理難度，廢水特性如表1所示。

1.2 試驗工藝流程

試驗工藝流程如圖1所示，一體化反應設備采用碳鋼制作，為強化脫氮效果，采用缺氧池-好氮膜生物反應器工藝。進水由泵提升進入反應器，先經沉淀池去除部分懸浮物，再經水解區自流進入曝氣區，最后進入膜區，充分反應后通過水泵對膜組件抽真空運行，真空表顯示膜過濾操作的壓力，同時由回流泵進行內循環。設計處理能力為18 m3/d，沉淀池、缺氧池、曝氣池和膜池的有效容積分別為3 m3、5 m3、11 m3和8 m3，試驗中控制內回流比為2，反應器內污泥濃度5 000～7 000 mg/L，試驗中根據檢測結果適時排泥以維持污泥濃度和活性。試驗中平板膜相關參數見表2所示。

表1 廢水特性

表2 試驗平板膜參數

圖1 試驗工藝流程

1.3 檢測方法

試驗中檢測項目為進出水CODcr、NH3-N、SS和MLSS（污泥濃度），檢測方法均采用國標，其中NH3-N采用取樣進行委外檢測，其他自行按照國標測定。溫度、DO采用在線檢測儀現場檢測。

2 結果與討論

2.1 膜生物反應器的運行性能

2.1.1 膜通量及污堵情況

不可避免的膜污染是限制該膜生物反應器長期穩定運行的主導因素，因此需要選擇合適的操作運行條件以控制和減緩膜污染的產生和發展。臨界通量在膜污染控制中是一個非常重要的概念，因內外眾多研究表明次臨界通量操作對維持MBR長期穩定運行有關鍵性作用[5,6]。

在2010年1～12月長達一年的中試試驗中，未發現膜表面有污泥堆積而影響通量的現象發生，相對中空纖維膜，此為平板膜優勢之一。在長達一年的運行中，發現系統溫度對膜的污堵起著至關重要的影響，在20oC以上時，膜通量設置在0.4 m3/m2d，平板膜能保持較長壓力的穩定，可維持90 d左右而不用清洗。但在系統溫度低于15oC時，0.4m3/m2·d通量下運行膜壓力急劇上升，僅能維持10～15 d，將通量降至0.2m3.m2·d運行，久保田膜保持壓力穩定約30 d。

分析其原因主要有：（1）在水溫較高時，系統生化反應活躍，污泥性狀好，易凝聚和沉降，減小了對膜的污堵，水溫低時則相反；（2）水溫較高時，廢水的粘度小，有利于過濾的進行，水溫低時則相反。

圖2 15 oC以下系統COD去除效果

2.1.2 污泥情況

系統在啟動初期，經測試，污泥濃度達到12 000 mg/L，隨著系統的持續運行，膜池污泥濃度不斷降低，最后在5 000～6 000 mg/L保持穩定，期間，為主動進行排泥，間歇更換膜組件進行了被動排泥，且期間均將膜池污泥全部打回前端水解酸化區。可見，在系統穩定運行情況下，污泥的增長與自我分解達到了動態平衡，系統幾乎不產生剩余污泥，系統在正常運行未發現因長期不排泥而產生的污泥形狀不佳等情況。可見系統在低負荷運行條件下，部分污泥進入了自身低謝過程，在MBR工藝運行過程中長期不排泥是可行的。

圖3 20～40 oC系統COD去除效果

圖4 NH3-N去除效果

2.2 污水處理效果

2.2.1 CODcr和BOD5

該MBR系統自運行以來，在溫度偏低和溫度較高情況下由系統的運行狀況不同表現出不同的情況，分別抽取2010年2～3月份及7～8月份出水數據做代表分析，2～3月份COD及去除率見圖2，7～8月份見圖3。

如圖2、圖3所示，在溫度20～40oC情況下，出水穩定低于50 mg/L，去除率81% ～ 92 %，平均去除率85 %。而在冬季溫度低于15oC時，出水COD在40～80 mg/L，去除率78 % ～ 89 %，出水COD波動較大。冬季底紋時分析發現污泥分散，沉降性能和凝聚效果均較差，系統生化效果不佳，穩定在20oC時則污泥性能良好。這說明，MBR系統穩定運行的關鍵性因素仍然使生化系統的穩定運行，在生化性不佳，污泥性較差的情況下，出水波動較大。

同時，該實驗對系統進出水的BOD5進行檢測分析。在3個月的實驗期間，盡管進水的BOD5在50～100 mg/L內波動，但膜出水的BOD5非常穩定，低于10 mg/L，平均去除率達到95 %，這可能是由于平板膜的固液分離作用使得MBR系統能保持較高的污泥濃度（本實驗在6 000 mg/L左右），即使遇到進水BOD5急劇變化，但系統的有機負荷F/M仍然維持在一個較低的水平，這就保證了穩定的處理效果。

2.2.2 NH3-N和總磷

圖4為系統進水NH3-N濃度及去除率關系，由于實驗室不具備測試條件，以委外檢測結果作為參考。由圖4可知，該MBR對NH3-N的去除效果非常好，平均去除率達到84 %。盡管進水NH3-N濃度從10 mg/L波動到15 mg/L，但去除率一直維持在一個很高的水平，膜出水的NH3-N平均濃度僅為1.89 mg/L，這可能也是由于混合液保持較高的微生物量，增強了系統的抗沖擊負荷能力，另外前端的缺氧增強了脫氮效果。

由于廢水中所含總磷主要為投加營養鹽所致，較容易控制，而出水總磷在0.05～0.2 mg/L，遠低于國家排放要求。

2.2.3 SS和pH

試驗期間對出水SS和pH進行檢測，經過平板膜的過濾，出水SS檢測不出，pH穩定在6.5～7.5之間，出水外觀良好，幾乎與自來水無異。

3 結 論

3.1 久保田平板膜在系統溫度在20～40oC情況下運行穩定，0.4 m3/m2·d膜通力下壓力穩定時間可持續90 d左右，但在系統穩定低于15oC情況下，膜污染情況迅速加劇，僅可保持10～15 d左右。通力需調整至0.2 m3/m2·d及以下運行。

3.2 在穩定狀態下，MBR系統對該廢水CODcr、NH3-N、BOD5去除率達85%、84 %和95 %以上，SS不可測出，出水水質優良。

3.3 在合適運行條件下，MBR系統運行穩定，在長達12個月的連續運行中排泥量極少，系統操作簡單，維護方便，可應用于該類廢水的處理。

[1]AIfieri Pollice，Ciuseppe Laera，Daniela Saturno，et al.Effects of sludge retention time on the performance of a membrane bioreactor treating municipal sewage[J].Journal of Membrance Science,2008,317(1-2):65-70

[2]Ahlem Saddoud,Sami Sayadi.Application of acidogenic fixed-bed reactor prior to anaerobic bioreactor for sustainable slaughterhouse wastewater treatment[J].Journal of Hazardous Materials,2009,149(3):700-706

[3]Ewan JMcAdam,Simon JJudd.Enitrification from drinking water using a membrane bioreactor:chemical and biochemical feasibility[J].Water Research,2007.41(18):4242-4250（略）

Research on the Application of MBR in the Treatment of Bank Paper Wastewater

Hu Zhihua
(Kunshan Bank Paper Co., Ltd., Kunshan, Jiangsu, 215335)

This paper researches the pilot plant test on bank paper wastewater treatment with immersed flat MBR.It shows that the average removal rates of effluent CODcr, NH3-N and BOD5reach 85 %, 84 % and 95 %.Temperature is the key factor for the system running, and when it’s kept above 20oC, the membrane runs stably, the effluence appears to be stable and reach the standard while the best membrane flux of the system keeps at 0.4 m3/m2·d; Also, when the temperature is kept below 15oC, the effluence appears to be fluctuating,membrane is blocked quickly and membrane flux should be kept below 0.2 m3/m2·d.

MBR； flat membrane ；bank paper wastewater