利用MBR+RO工藝進行廢水深度處理回用的設計探討
——以600m3/d食品加工廢水為例

楊 妮

(云南省生態(tài)環(huán)境廳駐大理州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站,云南 大理 671000)

1.背景

近年來我國污水、廢水排放量以肉眼可見的速度在增長，全國大多數(shù)各類工業(yè)廢水和生活污水未經(jīng)處理就直接排入水域造成水體污。我國人均水資源占有量偏低，足以說明水資源匱乏的嚴重程度。因此，解決水資源匱乏的問題已然成為當務之急。把經(jīng)過污水處理站處理后，排放出來的達標廢水繼續(xù)做相應的深度處理后作為生產(chǎn)上的工藝用水，是緩解水資源問題最好的途徑，即中水回用。以食品加工行業(yè)產(chǎn)生的廢水處理技術為例，國際上多用末端控制法，可用技術包括氣浮+A/O+CASS工藝，UASB+好氧生物處理工藝、氣浮-強化A段-A/O工藝、混凝+接觸氧化工藝，還有膜分離技術等。因膜分離時不用加熱，熱敏物質(zhì)不會失活、不會被雜質(zhì)污染，也不會發(fā)生相變，其分離、濃縮、提純、殺菌可以一次性完成，不但操作簡單，而且分離效果還好，費用也不高，在處理食品工業(yè)廢水時特別合用。因此在處理食品加工產(chǎn)生的廢水時，大多數(shù)用的是MBR（膜生物反應器）+RO（反滲透設備）+加藥消毒組成的優(yōu)化集成工藝進行深度處理，使之達標，實現(xiàn)按國家生活雜用水指標有限度地回收利用。

2.廢水處理工藝設計

2.1 處理工藝選擇原則

2.1.1 污水處理出水要求

選擇污水處理工藝流程時首先應考慮污水經(jīng)過處理后排出的水質(zhì)有什么要求，排水必須符合《污水綜合排放標準》( GB8978 - 1996)中的相關要求。且MBR段出水指標必須符合《城市雜用水水質(zhì)》（ GB/T18920-2002）中的相關要求，RO段排出的水質(zhì)必須符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》（ GB5749 - 2006）中的相關要求。

2.1.2 相關的技術因子

首先是處理規(guī)模的大小；其次是進水和出水中各類污染物的濃度（例如：CODCr、BOD5、NH3-N以及SS等）；還有一個因素就是各類污染物的處理效率。

2.1.3 所選工藝處理污水達到的效果

首先，處理出水水質(zhì)要達到標準限值要求。其次，技術先進可靠，運行穩(wěn)定。第三，運行費用在可控范圍，管理便捷。

2.2 工藝流程的選擇

2.2.1 MBR基本原理

MBR這種用于廢水處理的新型技術是把膜分離技術跟生物技術結合起來，借助膜分離設備對生化反應池里面的多種大分子有機物跟活性污泥進行截留，通過控制HRT和SRT來提高活性污泥濃度以及難降解物質(zhì)的反應效率。雖然如此，但是有氧MBR技術也是在過去的10-20年內(nèi)才普及運用于污水處理領域的。

MBR反應器使用微孔曝氣器，有效提高接觸時間以及氧氣傳播速率，能夠對曝氣工藝實行合理控制，不再受氣泡停留時間跟大小的影響，通過自吸泵間歇抽吸間歇停止的方式，有效防止微孔淤堵。

MBR工藝流程如下所述：大致來說就是從污水預過濾——調(diào)節(jié)池——MBR系統(tǒng)的過程。其中的細節(jié)分別是：調(diào)節(jié)池有效調(diào)節(jié)進水水質(zhì)和流量；各類污水在MBR系統(tǒng)中與活性污泥進行充分接觸；MBR 系統(tǒng)中的膜組件則主要來分離那些不能被微生物降解的雜質(zhì)。充分處理之后出水達標就可排放或回用。

2.2.2 RO基本原理

RO需要在膜的原水所在側加一個外壓，使其高于溶液的滲透壓，只允許原水當中的水分子穿過半透膜，別的物質(zhì)則會留在膜表面。

讓我們先來了解什么是滲透壓。所謂滲透壓就是位于半透膜兩側相同體積不同濃度的溶液，一般來說稀溶液中的溶劑會通過半透膜流向濃溶液，那么濃溶液一側的液面就會高于稀溶液一側的液面，為了達到滲透平衡狀態(tài)而形成的壓力差就是滲透壓。如果在濃溶液一側施加一個大于滲透壓的壓力，那么濃溶液中的溶劑就會流向半透膜另一邊的稀溶液，這種溶劑流動方向與原來滲透方向相反的過程就是反滲透的過程。

RO工作原理描述如下：運用特制的高壓水泵增加原水壓力，使之透過微孔反滲透膜，只允許體積小于萬分之一微米的水分子通過，而隔離各類化學離子及各種菌體，使之隨廢水排出。

3.設計思路及擬采取的處理工藝路線

3.1 設計思路

關于膜的科研工作才開展了不到百年。其大致發(fā)展過程是這樣的：20世紀的30年代主要是微孔過濾；到了40年代開始透析；等到50年代則發(fā)展出了電滲析；60年代開始出現(xiàn)反滲透；超濾和液膜是在70年代出現(xiàn)的；發(fā)展到80年代，氣體分離技術問世了；到了20世紀末，滲透汽化技術終于出現(xiàn)。同時各種基于膜的新型分離方式，還有膜分離跟別的分離措施的組合過程也逐漸受到重視、得以發(fā)展。

膜與水處理相結合大規(guī)模使用，主要是因為操作便捷，基本無污染，經(jīng)濟又環(huán)保。對于污水處理過程中的濃縮還有分離環(huán)節(jié)效果顯著，故用于處理各種不同程度污染的工業(yè)廢水、食品加工廢水、海水（苦咸水）淡化、飲用水高度提純等都有不錯的效果。加上我國水資源匱乏以及水污染量暴增，故污水治理、中水回用以及膜技術應用示范工程的推廣勢在必行。

所謂的“雙膜法”就是把MBR跟RO結合起來使用，這種工藝在我們國家，特別在中水回用中運用十分廣泛，不僅技術水平與國際接軌，經(jīng)濟性也非常好，很適合在我們國家缺水城市廣泛使用，在含鹽量較少的城市用時，其成本優(yōu)勢更加明顯。由這種工藝處理出來的再生水，除了可用來做景觀環(huán)境用水，地下水回灌，城市非飲用水，以及用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)等之外，還可用作工業(yè)生產(chǎn)所需的純凈水，使其真正變成城市用水的重要組成。系統(tǒng)用的是模塊式設計，不但便于增容，而且占地特別少，便于運行調(diào)度。讓再生水廠的建設變得更加靈活便宜，易于實現(xiàn)優(yōu)化配置，讓規(guī)模的近遠期結合變得可行。

3.2 所選工藝優(yōu)點

MBR與傳統(tǒng)工藝相比有以下明顯優(yōu)勢：

3.2.1 出水水質(zhì)好且比較穩(wěn)定

其分離效果由于膜作用，會遠遠好于傳統(tǒng)的污水沉淀池，由于進水中的各種菌體被降解甚至去除，故出水很優(yōu)質(zhì)，完全可作為非飲用普通市政水直接予以中水回用。

3.2.2 硝化效率高

生物反應器作為硝化細菌的繁殖環(huán)境，其內(nèi)被截流住的有效微生物有利于硝化細菌的生長，故可以去除NH3-N。

3.2.3 占地面積小

MBR工藝流程簡單，適用于各類場合，置于地上、地下均可，大大減少了占地面積。

3.2.4 有效降解分離有機物

由于水力停留時間（HRT）長短可控，能成功讓污水中難以降解的有機物提升降解效率。

3.2.5 剩余污泥量低

這種工藝在容積高污泥低的負荷狀況下也能運行，故此污泥的剩余量特別少，有時甚至是零污泥排放，這樣大大地降低了污泥的處置量以及處置費。MBR+RO組合工藝能夠對淡水資源進行有效的回收，該工藝如今已經(jīng)在工業(yè)界廣受關注。MBR+RO組合工藝的特點：

紫荊葉采集于河南大學金明校區(qū)，每隔半個月采收一批，共16個批次（分別采收于2016年4月21日、5月4日、5月19日、6月3日、6月18日、7月3日、7月18日、8月2日，2017年4月19日、5月4日、5月19日、6月4日、6月19日、7月4日、7月19日、8月4日，批次編號依次為S1～S16），經(jīng)河南大學藥學院李昌勤教授鑒定為紫荊屬植物紫荊（C.chinensis）的葉。標本存放于河南省藥食兩用資源功能研究國際聯(lián)合實驗室。

① 出水水質(zhì)好，可滿足指標要求；

② 工藝技術先進，系統(tǒng)運行安全、可靠；

③ 對COD、氨氮去除效果好；

④ 產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定；

⑤ 操作維護簡便。

3.3 設計規(guī)模的確定

原廢水處理系統(tǒng)的出水作為項目處理的原水，處理量為600m3/d。

來自原廢水處理系統(tǒng)的出水600m3/d，進入MBR池進行處理，經(jīng)充分生化后，進入專用的反滲透裝置處理，控制回收率為66.7%（25℃）左右，透過水約400 m3/d，經(jīng)加氯消毒后，成為優(yōu)質(zhì)回用水，作為生產(chǎn)用水回用至生產(chǎn)線上。其余200 m3/d濃縮水，其指標符合國家排放要求，合格排放。

3.4 水量、水質(zhì)與目標設計

3.4.1 進水水質(zhì)設計

3.4.1.2 水量：每天600噸；

3.4.1.3 進水水質(zhì)：詳見表1

表1 廢水處理系統(tǒng)的進水水質(zhì)

3.4.2 處理后的技術指標

3.4.2.1 優(yōu)質(zhì)回用水的回收率66.7%（25℃）左右；

3.4.2.2 廢水處理后出水指標：

a) MBR工藝段出水常規(guī)指標應達到國家標準《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）。其主要指標要求詳見表2：

表2 城市雜用水水質(zhì)標準

b) RO工藝段出水常規(guī)指標應達到《國家生活飲用水標準》（GB 5749-2006）詳見下表：

表3 我國飲用水標準

3.4.3 各處理設備段技術指標預測

各處理設備的主要指標詳見下表：

表4 各處理設備段技術指標預測

3.4.4 整體工藝簡述

來自原廢水處理系統(tǒng)的出水600m3/d作為項目處理的原水,進入MBR池處理，經(jīng)過充分生化后，出水指標：CODcr可降至30mg/l以下，氨氮可降至5mg/l以下，SS小于30mg/l，進入專用的反滲透裝置處理，控制回收率在66.7%左右，透過水約400m3/d，經(jīng)過清洗后，成為優(yōu)質(zhì)回用水，指標可達到：CODcr可小于10mg/l（CODMn小于 2mg/l），NH3-N 小于 0.5mg/l，細菌總數(shù)小于100個/ml，總大腸菌群小于3個/L，嗅、色、渾濁度均優(yōu)于國家飲用水標準要求，可作為生產(chǎn)用水回用至生產(chǎn)線上。其余200m3/d濃縮水，其指標符合國家排放要求：CODcr小于 100mg/l，NH3-N小于10mg/l。

圖1 工藝流程圖

4.展望

食品工業(yè)的生產(chǎn)過程比較繁雜，產(chǎn)生的廢水大多是具有高耗氧量的各類有機物，各類重金屬離子多，CODcr、BOD5、SS以及氮磷含量都很高，而且由于存在很多適合細菌繁殖的微生物，其中的細菌總數(shù)，還有大腸菌群很多時候也會超出我們國家標準中規(guī)定的排放限值。

生產(chǎn)食品過程中排放的工業(yè)廢水在處理過程中會產(chǎn)生污泥、廢油、廢酸、廢堿等，那么食品工業(yè)廢水處理工藝的選擇尤為重要，除了要考慮廢水中有害物質(zhì)的種類與組成，廢水水質(zhì)情況和廢水水量的相關變化情況也是值得注意的因素，這些對處理工藝的選擇、設備的運行以及出水的回用都十分的重要。

我們國家的缺水問題是極度嚴重的，人均占有的水資源數(shù)量只有世界人均占有量的1/4。在經(jīng)濟發(fā)展的同時，我國的城市化發(fā)展也在快速推進，在我們國家，缺水城市的數(shù)量在一年年的增長。解決水資源的問題成為當務之急。正因為如此，污水回用已經(jīng)迫在眉睫。而從國際上目前污水回用的發(fā)展形勢來看， MBR與RO工藝結合，以其出水水質(zhì)好且穩(wěn)定，系統(tǒng)先進、運行安全，污染物去除效率高，操作維護便捷以及適用范圍廣的優(yōu)勢；以其占地面積小，降低運行成本的有利性；以其可靠的經(jīng)驗以及不俗的效果，正逐漸在國內(nèi)得以大規(guī)模普及應用。