膜生物反應器處理印染廢水的試驗研究

陳利軍，麥建波，劉 戀，陳國輝，王 輝

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膜生物反應器處理印染廢水的試驗研究

陳利軍，麥建波，劉 戀，陳國輝，王 輝

（廣東新大禹環境工程有限公司，廣東 廣州 5100601）

通過對印染廢水試驗研究，使用一體式膜生物反應器（MBR）工藝處理該類廢水，采用單因素試驗優化工藝參數，并獲得最佳工藝參數。試驗結果表明，本MBR系統處理印染廢水的最佳工藝條件是：污泥濃度 5~10 g/L，溶解氧 2~4 mg/L，污泥容積負荷 0.7~0.8 kg COD/(m3·d)，水力停留時間 15~20 h，出水的COD去除率在90%上下。

膜生物反應器；印染廢水；最佳工藝參數

印染廢水具有有機污染物含量高、水質變化大、堿性高、色度大和毒性大等特點，屬難處理的工業廢水。近年來，由于化學纖維織物的發展、仿真絲的興起和印染后整理技術的進步，使人造絲堿解物、PVA漿料、新型助劑等難生化降解有機物大量進入印染廢水，其COD含量越來越高。在水資源缺乏和水排放標準日益嚴格的情況下，常規廢水處理工藝存在COD降低不完全、色度去除率低和處理成本高等問題，已不能滿足印染廢水處理要求，開發經濟有效的印染廢水深度處理技術，使其能滿足減少污染物總排放量和回用的要求，已成為當今環保行業關注的課題[1-4]。

近年來，膜生物反應器（MBR）處理印染廢水開始受到關注[5-10]。20世紀90年代初期，中國科學院生態環境研究中心率先在國內研究分離式膜生物反應器處理印染廢水[11]。仝攀瑞等[12]對MBR處理印染廢水的膜污染及清洗進行了研究。發現膜污染主要是由膜表面凝膠層造成的，而且化學清洗的效果優于物理清洗。廈門大學的洪俊明等[13]研究了在不同的基質濃度、染料濃度以及氨氮濃度下，A/O MBR對模擬印染廢水的降解特性，發現該工藝主要通過厭氧槽的水解酸化對活性染料進行脫色，而好氧槽主要起到去除COD的作用。Lee J W等[14]分別用吸附、凝聚、中空纖維微濾膜分離及3種工藝的組合對分別含有活性橙-6及活性黑-5染料成分的2種活性染料廢水進行了處理，工藝的組合使廢水的處理效果遠優于單獨工藝，同時，MBR能夠很好地與現有生產工藝相結合，提高印染廢水的處理效果。

本文針對高平工業區印染廢水的具體情況，研究膜生物反應器對印染廢水的處理效果。通過活性污泥控制參數（污泥濃度、溶解氧）和MBR運行參數（污泥容積負荷、水力停留時間）等因素對COD去除率的影響研究，以及運行過程中膜參數（膜壓力、膜通量）的變化，獲得該種MBR系統處理印染廢水的效果，使廢水處理在技術和經濟上達到一定要求。

1 試驗部分

1.1 試驗水質

本試驗研究的印染廢水來自中山市高平織染水處理公司，進水水質情況如表1所示。

1.2 工藝流程

本研究處理印染廢水的主要工藝為預處理系統+MBR。在保證進水水質穩定的情況下，以MBR處理為主，結合預處理方法，在預處理過程中采用調節水量、調節pH值、調節水溫、厭氧酸化水解處理、混凝沉淀等工藝。工藝流程簡圖如圖1所示。

表1 印染廢水進水水質

圖1 工藝流程簡圖

2 實驗結果與討論

2.1 污泥濃度對COD去除率的影響

廢水好氧生物處理的原理主要是利用微生物的新陳代謝活動將廢水中的有機物轉化為二氧化碳、水和能量，同時微生物得到增殖，因此反應器內的微生物數量可以決定反應器的處理能力。一定條件下，反應器內污泥濃度越高，污染物降解量越大，即反應器內可承受的進料負荷越高。MBR的優勢就在于通過膜的截留作用可以避免微生物流失，使反應器內保持一定數量的微生物，對難降解物質的降解有一定促進作用。

圖2 污泥濃度對出水COD去除率的影響

圖2為MBR處理印染廢水時，污泥濃度（MLSS）對COD去除率的影響。由圖2可以看出，MLSS從初期3.3 g/L逐漸增加到19.5 g/L，在這個過程中，系統對COD的去除效果一直較好，去除率都在80%以上。這主要是因為接種污泥是采用原活性污泥池的污泥，MBR系統內的污泥不需要再馴化。傳統的活性污泥法MLSS一般在2~4 g/L，而該試驗中MBR系統能夠保持反應器內較高的MLSS質量濃度。而且，在中試試驗中，基本沒有污泥外排，這樣就使廢水中那些大分子顆粒狀難降解的成分在有限體積的生物反應器中的停留時間更長，而達到最終有效去除效果的目的。本試驗反應器中最佳MLSS是5~10 g/L，出水COD運行穩定后平均能達到30 mg/L，完全滿足了出水水質要求。

2.2 溶解氧濃度對COD去除率的影響

在好氧活性污泥法的運行過程中，曝氣池中溶解氧（DO）濃度的高低會影響有機物的去除效率和活性污泥的生長狀況。當系統內溶解氧供應不充分時，微生物的代謝就會受到影響，污染物的去除效率會下降；當系統內溶解氧濃度過高時，微生物則進行消耗性內源呼吸，活性污泥的量將減少，活性污泥的絮狀結構也將破壞，同時也浪費了能源。

圖3為MBR處理印染廢水時，溶解氧含量對COD去除率的影響。由圖3可知，DO值對COD去除率有一定的影響。12月和1月運行過程中，共有3次DO增大的趨勢，COD去除率隨之增大，最大時達到95.2%。當DO持續增大超過4 mg/L時，MBR系統對COD的去除率有所降低。這表明2~4 mg/L是本試驗反應器高效運行的最佳DO值區間。

圖3 溶解氧對出水COD去除率的影響

2.3 污泥容積負荷對COD去除率的影響

污泥容積負荷是指每立方米池容積每日負擔的有機物量，其計量單位通常以kgCOD/(m3·d)表示，常用來直觀地評價生化裝置的實際處理負荷及在相同條件下的操作管理的優劣。

圖4為MBR處理印染廢水時，污泥容積負荷對COD去除率的影響。由圖4可知，MBR容積負荷從0.2 kg COD/( m3·d)增大到1.0 kg COD/( m3·d)時，COD去除效率能保持較高的水平。2008年10月和12月運行過程中，系統內容積負荷提高時（0.8 kg COD/( m3·d)以上），COD去除率在90%以上，這說明該MBR系統在處理有機物能力上還有提升的潛力，在降低運行成本上還有一定的空間。考慮到經濟因素，本試驗反應器中最佳的污泥容積負荷為0.5~0.8 kg COD/( m3·d)。

圖4 容積負荷對出水COD去除率的影響

2.4 水力停留時間對COD去除率的影響

圖5為MBR處理電鍍前處理廢水時，水力停留時間（HRT）的變化對COD去除率的影響。由圖5可以看出，在進水COD濃度為800~1 500 mg/L時，隨著水力停留時間的增加，反應器對COD的去除效率先增大后減小。HRT為15~20 h時，MBR系統對進水COD的平均去除率達到90%以上。這表明本試驗反應器中最佳停留時間為15~20 h。

圖5 水力停留時間對出水COD去除率的影響

2.5 膜參數變化情況

對于膜的清洗，本試驗采用自動實時的膜清洗和手動的離線膜清洗方式。當膜壓差達到設定的值時，系統就會自動進行實時的膜清洗，之后恢復正常運行。當實時的膜清洗作用不大時，進行離線膜清洗。

圖6（a）和圖6（b）分別為MBR處理印染廢水時膜通量和膜壓差的變化情況，及對應COD去除率的情況。由圖6（a）可知，隨著MBR試驗裝置的運行，膜壓差平均值從最初的18 kPa上升至后期的22.85 kPa，COD去除率保持在90%左右。當系統運行7至10 d后，膜壓差的最大值超過膜能承受的規定值。這時采用在線清洗使膜的出水壓差下降恢復至初始水平，之后繼續運行，膜在線清洗時間為0.5~1 d。

圖6 膜運行參數變化情況：（a）膜通量；（b）膜壓力

由圖6（b）可知，隨著MBR試驗裝置的運行，膜通量平均值從最初的0.4 m3/h下降至后期的0.2 m3/h，COD去除率保持在80%以上。但是，較低的膜通量會造成試驗裝置反應器停留時間過長，甚至超過20h，實際運行意義并不大，此時停止系統運行，并對膜進行離線清洗。

3 效益分析

3.1 環境效益

本項目MBR試驗的進行，極大的提高了印染廢水處理及深度處理技術水平，將COD的排放濃度從100 mg/L降低至50 mg/L，對于改善區域水環境，保護供水水源和飲用水源環境意義十分巨大。

3.2 社會效益

建設對印染廢水的深度處理工程技術，改善環境，是建設美好家園，提高人民生活水平，保證人民身體健康的重要前提。將MBR技術大規模應用于集中處理的難降解印染廢水在國內研究尚屬首例，可為全國其他的大規模深度處理印染廢水作出示范作用，具有較高的學術價值。

3.3 經濟技術效益

中山地區近年紡織、印染、服裝等多種規模產業發展迅速，用水量和污水排放量將繼續增加，若不盡快發展印染廢水深度處理，水環境的惡化將從根本上制約整個經濟的發展。因此該項目試驗，對工業區經濟的發展意義巨大。

MBR直接運行成本1.8元/t廢水，同時可將該項目技術成套化、裝置化銷售，滿足了中小印染企業對水處理設備的需求，因此具有較高的經濟價值。

4 結論

根據試驗結果，可得到如下結論：

（1） 本課題試驗工藝對印染廢水的處理效果較好，出水COD平均去除率在90%以上，可以滿足直接排放進入地表水Ⅲ類水體的水質要求。

（2） MBR作為印染廢水的深度處理工藝，運行穩定，運行成本在1.8元/t水，具有較高的經濟價值。

（3） 污泥容積負荷達到0.8 kgCOD/(m3·d)以上時，COD的去除率在90%以上，說明MBR試驗在降低運行成本上還有一定的空間。

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Study on Treatment of Dyeing Wastewater by Membrane Bio-Reactor

，，，，

（Guangdong Dayu Environment Engineering Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510060, China）

The performance of membrane bio-reactor (MBR) for treating dyeing wastewater was studied. The optimal operation parameters were determined as follows: the concentration of mixed liquid suspended solids (MLSS) 5~10 g/L, the concentration of dissolved oxygen (DO) 2~4 mg/L, the sludge volume loading 0.7~0.8 kg COD/(m3·d), hydraulic retention time (HRT) 15~20 h. Under above conditions, the removal efficiency of COD was about 90%.

Membrane bio-reactor; Dyeing wastewater; Optimum technological parameter

X 703

A

1671-0460（2014）06-0915-04

2008年廣東省“節能減排與可再生能源”重大科技專項基金，專題編號：1015。

2013-12-30

陳利軍（1981-），女，湖北天門人，工程師，工學碩士，2006年畢業于華南理工大學環境工程專業，研究方向：水污染治理工程。E-mail：15813354264@139.com。