膜生物反應器結合臭氧工藝在工業區水回用處理中的應用

朱 鵬，熊 芬，王麗嬌

（1.湖北荊州環境保護科學技術有限公司，湖北荊州 434000；2.臺州市污染紡織工程技術中心，浙江臺州 318000）

工業發展與經濟進步相輔相成，為人們生活和國家發展提供經濟基礎，但過快的工業發展速度也帶來了嚴重的環境污染，尤其是工業廢水的肆意排放嚴重影響了水環境，為做好工業廢水回收處理工作，技術人員不斷探索研究，將膜生物反應器與臭氧工藝結合，進行污水處理回收應用。膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor，簡稱MBR）是膜分離技術與生物處理技術相結合的新型污水處理工藝，適用性強，污水處理效果好，而臭氧作為一種強氧化劑，在污水處理工作中具有獨特優勢，臭氧催化氧化期間部分臭氧會吸附在催化劑表面，多數臭氧會溶解在水中，水中的臭氧受到催化劑作用，發生氧化反應，去除污水中含有的有機物的目的，而臭氧氧化生成的氧化產物則會脫落。因此膜生物反應器與臭氧工藝的良好結合，在工業回水應用中使用效果良好，在此背景下，做好此項技術的深入研究具有深刻的現實意義。

1 膜生物反應器簡介

膜生物反應器在工業廢水處理中應用廣泛，主要包括分離膜生物反應器和無泡膜生物反應器兩種，分離膜生物反應器作為應用廣泛，凈水效果較好的一種膜生物反應器其中包含的膜組件相當于二沉池，能夠很好地截留污泥，而無泡膜生物反應器則能夠直接供應高純度的氧，氣體分壓控制得當。

1.1 MBR的技術優勢

相對傳統凈水回收裝置，MBR所具有的技術優勢主要體現在它本身具有較好的工藝控制能力，出水水質較高，應用簡單，占地面積小，同時，膜生物反應器所具備的膜組件取代二沉池能夠獲得更高的生物濃度，提高水質質量，并且膜普遍具有高截留作用，能夠使微生物完全截留在反應器內，消化效果較好，廢水中的大分子成分能夠在足夠的反應時間內完全排出，基本實現了剩余污泥的完全排放，總體來講，使用簡單，性能優秀，不受污泥膨脹因素影響。

1.2 MBR研究熱點問題

MBR技術雖然擁有多項優勢，應用效果較優，但實際應用過程中仍存在不少問題，具體的研究熱點包括膜的物理化學反應，吸附反應等。首先是膜污染問題，膜污染是指膜的微?；蛉苜|分子與膜發生了反應，某些溶質發生變化，引起膜表面的吸附，從而導致膜孔徑減小，造成堵塞或者膜沉積。將膜生物污染分為兩個主要階段，首先是微生物代謝產物在膜表面吸附，凈水微生物中黏附速度快的細胞形成了初步的黏附。其次是最終的污染階段，后續大量菌種和大分子物質的黏附加劇了微生物繁殖，這一階段的膜基本趨于穩定，此時生物污染膜基本已經形成最終狀態，膜通量下降，造成了不可逆轉的堵塞，抗污染能力有效提高。

2 臭氧工藝技術

2.1 臭氧催化氧化反應機理

臭氧催化氧化技術是近些年來新出現的污水處理工藝，這種技術是在單純的臭氧氧化基礎上進行了改進優化，解決了單純臭氧氧化技術應用率較低，實際應用效果差強人意的問題，臭氧催化氧化技術通過氧化性強的氮化催化劑實現水中污染物的處理，其中一些穩定性的氧化物也能夠被臭氧分解，氧化效率高，污水處理效果好。均相催化氧化技術主要以離子形式將主族金屬的主要成分摻入廢水中，從而顯著提高了臭氧的利用率并提高了有機物的凈化效果。臭氧的一次催化氧化反應的機理是水中的金屬離子促進臭氧的分解，促進水體中的氧與有機物的混合，通過氧化作用分解易腐爛的有機物，達到凈水目標。非均相催化氧化反應是可以在水中和催化劑中同時發生的反應，有機污染物吸附在臭氧表面并引起氧化反應。臭氧可溶于水以形成游離態，該游離態會被水中的有機污染物催化和氧化，該過程是未吸附的氧化反應。非均相催化氧化技術的優勢是低催化損失和水資源的清潔作用佳。

2.2 臭氧在廢水處理中的應用

臭氧催化氧化技術在廢水處理中應用是比較廣泛的，工業廢水的臭氧處理是指臭氧發生量高于0.5kg/h的處理系統，幾乎所有類型的工業廢水都能被合理有效地回收利用，臭氧氧化催化系統在工業廢水回收應用中應用廣泛，凈水效果優秀，但也存在臭氧消耗量過大，能耗過高等問題，因此建議采用臭氧氧化與生物降解相組合的方式降低臭氧用量，提升污水處理效益。

3 MBR+臭氧工藝在工業區水回用中的應用

3.1 工程概況

此次工業水回用項目位于某工業區，占地總面積達10 m2，每日污水排量近5 000m3，日污水處理量達200 m3，處理后的水用來進行綠化灌溉，具體指標如下：COD≤350mg/L，NH3-N≤30mg/L，BOD≤200mg/L，pH為6~9。項目園區的部分工業廢水經專門設計用于深度處理，處理后的水質符合《城市污水回收和城市雜用水質》（GBT 18920—2002）的標準。根據生產、使用、安全和健康要求，充分結合實際，做好管道工程和園林綠化設施工業回水利用。污水回用處理主要結構是均化調節池、水處理池和機房等，工藝管道鋪設在地下溝槽中，沿著管道溝槽鋪設，控制電纜鋪設在地下電纜溝槽中。根據項目的水質指標，采用了膜生物反應器處理工藝，以節省空間并方便后續操作。

3.2 主要構筑物及設計參數

3.2.1 預處理系統

膜生物反應器處理工藝的預系統包括調節池，粗、細格柵，膜格柵等。系統設計流量為Q=200m3/d，總變化系數為1.91?？紤]到初始管道網絡系統的完整性和項目第一階段的規模小，在預處理系統中增加了一個均化調節池，確保工業廢水處理的水質和水量均衡，以減少沖擊負荷并確保系統穩定運行。預處理中包含了一道粗格柵通道的尺寸為12m×7m×4.7m，水流速為V=0.6m/s，主要為鋼混凝土結構。調整后的水箱尺寸為14m×12m×7.7m，停留時間為8h，鋼筋混凝土結構的數量相同。提升泵房的大小為12m×6m，是在調節和鋼框架混凝土結構中建造的，同樣為鋼混凝土結構。細格柵和旋流沉砂池一起建造，小格柵之間的尺寸為12.6m×4.0m×1.2m，旋流沉砂池的直徑為1 830mm，設置有兩個。旋流沉渣池產生的廢物進入膜格柵，膜柵的入口通道分為兩個通道，膜柵的結構尺寸為12.8m×4.0m×1.2m，超細轉鼓式格柵位于入口處，通道與膜柵的燒烤桿之間的距離為1mm，安裝角度為5°。轉鼓式格柵上的柵渣被泵送到螺旋擠壓脫水機，然后送到垃圾車向外運輸。

3.2.2 生化池

MBR處理與臭氧化處理技術相結合能夠實現更佳的氧化處理效果，達到凈水目標。此次項目中的再生水廠一期工程中，主要采用了AAO處理工藝，包括一個厭氧區，兩個缺氧區和兩個好氧區，本項目的進水網管主要由政府進行統一的規劃設計，本身就具有較好的雨污分流改造功能，水質基本能夠滿足設計需求，另外，系統本身具有較好的可生化性能，原水經過水井進入厭氧區后，生物池內又分為五條廊道，分別具有隔墻設置，反應池中的污泥通過水泵提升回流到好氧區的前段部分，剩余的污泥則進入到儲泥區域，污泥處理率較高，即使是在進水碳源不足的情況下，也能夠通過補充乙酸鈉的方式滿足脫氮需求。

3.2.3 MBR膜系統

MBR膜系統作為膜生物反應處理器與臭氧技術相結合的工業回水處理工藝的核心，相當于傳統的二沉池固液分離和顆粒濾料濾池，主要功能為過濾，本次項目所使用的MBR膜系統，內部構造復雜，包括膜系統風機房、膜系統加藥間等，風機房的平面尺寸為6.5m×6m，而系統建設的平面尺寸為9m×7m，設計安裝規格為200m3/d，為降低內部負荷對膜系統的影響，要求做好預留膜箱位置確定。

3.2.4 臭氧氧化

臭氧氧化車間主要包括臭氧發生間以及接觸反應系統，這幾項系統非常直接地表明了臭氧氧化凈水的過程：①首先是臭氧氧化作用的發生區域，工業廢水、污水進入到臭氧氧化池中，經過膜池出水泵的提升后，可以直接與臭氧接觸，經過井底的兩個過水孔進入到臭氧氧化池，然后接至活性炭過濾口，實現活性炭吸附。②接觸反應系統膜生物反應器相結合的新技術必須做好主要參數的設計，保證其臭氧接觸池為臭氧反應區和出水井兩部分，現將臭氧氧化反應區分為兩組，每組分為兩個接觸區域，臭氧投加比例為1∶1。

3.2.5 活性炭吸附裝置

活性炭吸附裝置主要由活性炭吸附罐及其反沖洗系統組成，用臭氧氧化實現第一步凈水后，水中的高分子量有機物轉化為小分子有機物，廢水在通過活性炭時，其中的有機物分子被吸附到活性炭表面，從而達到深水凈化的目的。從技術優勢上來，活性炭吸附裝置清潔力好，使用簡單，不會造成水質二次污染。

3.3 技術優勢

膜生物反應處理器與臭氧氧化技術相結合的污水處理技術結合先進現代手段，使用膜組器代替沉淀池，實現固液分離和凈水作用，擁有出水水質穩定、水量高、凈化效果好、污泥排放量高等優勢，同時，結合了兩項優質技術的污水處理手段，自動化程度更高，占地面積小，使用簡單，工業廢水污水處理完后可以直接作為中水回用，同時，生物膜又具有避免各種微生物細菌存活，降低污泥的能力，因此能夠顯著減少污水處理費用，最后，此次選用的膜反應器與臭氧氧化技術相結合的新型工藝，屬于特色技術，設計要求較高，實際應用價值較高。

3.4 運行效果與價值

膜生物反應器污水處理技術本身就具有使用效果好、占地面積小、污染小等優勢，與臭氧氧化技術相結合后其凈化性能更進一層樓，本身所具有的膜組能夠代替沉淀池進行過濾反應，提供自動化程度更高，處理污水效果更好的生物膜。另外，其中所包含的高濃度微生物污泥處理質量高，不需要單獨設立固液分離設備，既提高了自動化管理水平，又實現了簡單易行的污泥處理，此次項目使用了膜生物反應器與臭氧氧化技術相結合的新技術，施工成本有效降低，污水回收利用效率顯著提高，最后，回收利用的污水可以用來進行綠植灌溉，既降低城市水資源消耗率，也能培養人們的節約意識。

4 結語

膜生物反應器與臭氧氧化組合工藝完美結合能夠更好地實現污水處理，達到污水資源化，節能減排的發展目標，降低成本投入，節約資源，實現綜合效益的提升，但由于此技術屬于新型技術，因此使用過程中存在多項問題，技術人員需不斷進行深入研究，為后續發展提供參考。