新型膜生物反應器處理印染廢水研究進展

常昊琳，王曉珍，李 萍

（遼寧石油化工大學, 遼寧 撫順 113001）

膜生物反應器將傳統的生物處理廢水法和現代膜分離技術有機結合在一起，是一種能高效處理廢水并提高水質的儀器[1]。我國作為印染紡織大國，如何有效的處理成分復雜的印染廢水[2]是目前水處理一大難題。目前，國內外許多學者都在研究膜生物反應器處理印染廢水，本文介紹的是幾種新型膜生物反應器處理印染廢水的研究現狀及進展，如：海藻式膜生物反應器、生物鐵式膜生物反應器、填料式膜生物反應器等，并對今后的發展方向提出了建議，以期為相關研究提供參考。

1 處理印染廢水的新型膜反應器

膜生物反應器主要是利用生物膜的截留作用達到去除污染物的目的，然而傳統的膜生物反應器極易受到污染，且極難清洗，處理效率不理想，針對以上的種種缺點，特研制出了以下幾種新型膜生物反應器。

1.1 海藻式膜生物反應器

傳統的簾式膜生物反應器體形穩定,不易損壞，但膜上的污染物不易去除，海藻式膜生物反應器因為有自由端會自動去除膜絲表面的污染物，近年來有相關研究。陳強[3]等采用了混凝沉淀-膜生物反應器對實際印染廢水進行處理。新型海藻式膜生物反應器的材料為聚偏氟乙烯中空纖維膜，運行結果表明，MBR進水COD、BOD含量平均值分別為1 607、1 339 mg/L，5 d后，膜出水COD、BOD始終穩定在160、78 mg·L-1左右；進水濁度在 17～35NTU 變動，出水濁度在 0.3 NTU左右，但在生物處理過程中會出現濁度突然升高的現象；進水色度約為 300 倍，海藻式 MBR 對色度去除率為 91.4%。研究還表明海藻式膜生物反應器具有較強的耐沖擊負荷能力。劉久清[4]等人以華綸印染公司的印染廢水作為研究對象，對比了天津膜天公司傳統簾式和新型海藻式兩種聚偏氟乙烯(PVDF)膜生物反應器的處理效果，作者考察了膜負壓、色度、BOD、CODcr的變化。結果表明，海藻式 MBR的膜負壓上升趨勢緩慢，膜污染速度慢；兩種膜生物反應器對色度的去除率基本相同，從80～200降低到2～32；BOD含量則在10 h后基本降至為0；藻式膜的處理效果波動很大,這是纖維膜上的生物膜不容易形成而導致了對 CODcr的處理效果不如掛簾式的。集美大學水產學院[5]也以兩種膜生物反應器對印染廢水處理進行研究，作者得出的 COD變化的數據與劉久清等人研究的不同，簾式MBR膜出水COD去除率約 84%;而海藻式 約 90%；海藻式MBR對印染廢水NH3-N的去除率約為 87.8%，且海藻式 MBR能夠減少膜絲上的污染物，便于清潔，然而由于海藻式有一自由端，導致其在曝氣過程膜絲易斷裂造成出水濁度過高，這是海藻式急需改進的地方，也是未來的研究方向之一。

2.2 生物鐵式膜生物反應器

為了進一步提高膜生物反應器的利用率，增強其對廢水的處理效率，學者將膜生物反應器結合生物制劑研制出了生物鐵式膜生物反應器。上海海洋大學海洋科學學院[6]向膜生物反應器中加氫氧化鐵后制備生物鐵MBR,分析其與普通MBR的不同。結果表明：生物鐵 MBR 出水的COD平均值為 41.7 mg/L，普通MBR的則為50.2 mg/L；生物鐵MBR的上清液COD平均值 為93.9 mg/L，普通MBR的是107.0 mg/L；生物鐵 MBR的 COD去除率可達93.5%；而普通MBR只為82.1%。周媛[7]等采用水解酸化-膜生物反應器工藝對模擬印染廢水進行處理，其中的膜生物反應器加入了聚合硫酸鋁鐵（PAFS），結果表明：普通 MBR抽吸壓力由 5 Pa升到31 Pa左右，含鐵的MBR 的抽吸壓力由5 Pa緩慢上升到8 Pa；進水COD含量為900～1 300 mg/L，在試驗初始時，含鐵膜生物反應器的COD去除率不穩定，直至運行的第55 d，COD去除率可達到與普通MBR相同的85%，幾天之后，其COD去除率要高于普通的 MBR；普通的 MBR脫色率最高可達82%，含鐵的MBR最高可達93.2%。通過實驗可知：初始時可能是PAFS抑制某些降解染料的細菌的生長繁殖，減慢了對染料的分解，之后，隨著 PAFS的不斷加入，細菌被馴化，習慣于在有鐵、鋁的狀態下生存，降解速度便加快了，說明了廢水的有效脫色可以通過PAFS中鋁鐵等金屬離子的電中和與其立體結構的集卷網捕作用來實現。閆偉奇[8]通過混凝—生物接觸氧化法并結合 MBR的反滲透工藝處理實際印染廢水。經過一系列處理后，進水的SS為30～220 mg/L。初始時含鐵MBR對SS的去除率為 65.53%，出水 SS去除率大于 93．37%；進入MBR的CODCr為150～250 mg/L，最終出水的CODCr穩定在20～35 mg/L；進水時的色度為80倍 ，初始色度去除率為 75%，反應出水時，色度去除率達87.5%以上。最后經過膜生物反應器的出水水質可達到《城市污水再生利用工業用水水質》要求。冀世鋒[9]等通過向膜生物反應器中添加生物鐵來強化MBR對模擬污水處理效果,研究普通MBR和生物鐵 MBR對活性污泥性能的不同影響。結果表明：30d后普通MBR的污泥質量濃度保持在3.0 g/L左右,含鐵的MBR的則在3.5 g/L左右，普通MBR的MLVSS與MLSS的濃度比平均值為0.86，生物鐵MBR的濃度比平均值為0.77；普通MBR的SVI由第79 d 的144 mL/g升至第83 d的339 mL/g,其最大值為429 mL/g，含鐵MBR的SVI值則由120 mL/g升至144 mL/g，最大值為240 mL/g。含鐵MBR可以減輕膜污染并且增加膜通量，提高膜生物反應器對COD、色度的去除率，優化普通MBR，然而鐵含量的不同也影響著對印染廢水的處理結果，所以，添加鐵的最佳量是生物鐵式膜生物反應器今后研究的主要方向

2.3 含碳式膜生物反應器

活性炭具有空隙大、吸附性強等諸多特點，可以與膜生物反應器相結合形成一種高效的處理印染廢水的器械。魯大政[10]等人采用了改良的倒置 A/O工藝和經過活性炭強化的 MBR對實際印染廢水進行處理。實驗結果為：CODcr含量由最初的1 200～2 000 mg/L減少了90%以上，出水的COD降到了150mg/L；色度從1 000～1 200倍減少到30倍；磷含量減少了 98.7%。吳火焰[11]等采用掛膜和生物碳結合的方式處理印染廢水二級生化出水，COD含量由進水的100～250 mg/L，降至40 mg/L以下，；經過MBR的色度由初始時的60倍降至10倍以下；郭軍[12]等人采用向膜生物反應器中添加生態碳纖維復合材料的方法，處理采自浙江某印染廠廢水處理站初沉池的實際印染廢水，經過處理后的出水水質可達GB 4287—1992 紡織工業水污染物排放標準的二級標準，其中進水的COD含量在724.7 mg/L和856.0 mg/L之間，出水 COD 含量的平均值則是 110.7 mg/L；進水氨氮的平均值為 31.16 mg/L；出水氨氮含量基本上可以穩定在4.10 mg/L；平均去除率可達80.6%?？傊?，通過向膜生物反應器中添加活性炭的方法，可以有效的提高并強化MBR的反應速度，通過活性炭自身的吸附性等特性，加強了 MBR對COD、氨氮化合物、色度的去除效果，還延緩了膜的污染情況，延長了膜生物反應器的使用壽命，穩定了系統的運行。

2.4 填料式膜生物反應器

膜生物反應器作為一種新型技術，在處理印染廢水上有著顯著的功效，然而，在前期的研究中，膜污染嚴重成為該技術發展的一個瓶頸[13]，填料式膜生物反應器是通過向 MBR反應器中加入填料的方法，減少懸浮的污泥對膜的污染。于翔[14]等采用了水解酸化結合膜生物反應器的方法處理印染廢水，并在膜生物反應器中添加填料，出水可達《渭河水系(陜西段)污水綜合排放標準》(DB 61-234)2006)一級標準，其對色度和濁度的去除十分理想，SS和濁度接近0；高春梅[15]等人利用生物促生劑膜生物反應器處理印染廢水，并和普通MBR的處理效果進行比較，得出結果：在進水的COD含量為755.92 mg/L時，經過普通MBR處理后的出水COD為53.18 mg/L，而生物促生劑MBR處理過的僅剩20.55 mg/L;進水氨氮含量相同時，普通MBR的去除率 65.33%，生物促生劑 MBR的去除率為70.97%。通過對比可知，有填料的膜生物反應器相對于普通膜生物反應器，有更優越的性能和處理效果。裴廷權[16]等人以改性填料膜生物反應器處理取自某針織印染廠廢水調節池的印染廢水，當進水COD 的平均濃度在 1 100 mg/L左右時，出水 COD濃度在43～79 mg/L；當進水NH3-N 濃度在160～245 mg/L時，出水 NH3-N濃度在 6.6～16.8 mg/L時，去除率一般為 90.69%～95.94%，其出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》( GB18918-2002) 二級標準，同時由于顆粒填料的流動和振動，減少膜表面的沉積層，抑制了懸浮生物生長并導致MLSS 值降低，延緩了膜組件的污染。洪俊明[17]向膜生物反應器中加入了微量元素Mn，研究其對模擬酞菁染料廢水的處理效果，該膜生物反應器在酸堿性不同時，效率不同。當進水pH值在3.0～9.0時，脫色率在 50%～82%，COD去除率88%～93%。鄧書平[18]等通過選用PDMDAAC作為填料，結合移動床生物膜反應器，處理實際印染廢水，并研究填料的多少對處理結果的影響，通過實驗可知：PDMDAA的最適宜投加量為0.8 g/L，填充比為60%，此時色度的去除率達到97%, CODCr去除率達到92%。華衛[19]等分別選用以新型尼龍材料和普通生物陶粒作為填料處理吳江某印染企業的低濃度印染廢水，實驗表明：在進水流量為35 L/h，氣水比為 4∶1時，兩濾池對 COD的去除率可達到51.1%、和47.2%，對濁度的去除率分別為80.2%和77.4%，新型尼龍填料相較于陶粒填料有以下優點：掛膜快、處理效率高、易清洗?？傊砑拥奶盍喜煌幚硇Ч泊笙鄰酵ィ虼?，高效、成本較低的填料是今后的研究方向。

2.5 特殊形狀膜生物反應器

特殊形狀膜生物反應器利用不同的形狀增大廢水與膜生物反應器之間的接觸面積，擴大膜通量，以增強MBR的效率。孫華偉[20]等人研究的是管式膜MBR處理模擬印染廢水，進水的色度為 1 800～2 250 倍，COD 為 797.6～896.7 mg/L，出水時COD 的去除率和色度的去除率均為 80%以上，與簾式膜MBR相比，管式膜MBR具有許多優良特性，如：耐污染、膜通量比較大、易清洗等，同時不會出現類似于簾式膜MBR的斷絲情況，可以保證膜MBR更好地工作。徐海超[21]等自行研發的PVDF/PMMA/TPU共混體系的五孔支撐膜，用來處理模擬印染廢水。實驗結果表明：當HRT為25 h時，色度的去除率為90%以上，HRT為10 h時，色度的去除率只達到40%～50%，當MLSS達到4 500 mg/L以上時，CODcr的去除率可達到93%以上。特殊形狀膜生物反應器對于減少膜污染有著顯著功效，同時對廢水的處理也十分有效。

3 結 論

膜生物反應器法是處理印染廢水的重要手段之一，已經得到國內外學者的重視[22]。本文對新型膜生物反應器進行了分類綜述，筆者建議今后研究者在以下方面開展工作：海藻式膜生物反應器的藻絲材料的研究；膜生物反應器中鐵的具體最優含量、最適污泥濃度以及填料的選擇。

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