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膜生物膜工艺处理含盐工业废水 裴烨青 1 陈东辉 1 周恭明 2 鲁骎 2 周峰 3 1. 东华大学环境科学与工程学院， 上海 200051;2. 同济大学城市污染控制国家工程研究中心，上海 200092; 3. 上海博士高环保设备工程有限公司，上海 200092 摘要 采用了膜生物膜工艺处理含盐羧甲基纤维素生产废水。接种污泥为普通污泥， 经驯化使其适应含盐废水， 在污 泥驯化阶段， 生物膜表现出极佳的盐度冲击后恢复能力。通过较长的水力停留时间 5 ～ 15 d 和较低的 COD 有机负 荷 平均 1. 6 kg/ m3d 左右 ， 生物膜 COD 去除率基本达 90 。膜池内， 悬浮固体浓度基本保持在5 000 mg/L以内; 通过聚偏氟乙烯中空纤维膜过滤， 出水悬浮固体浓度保持在 5 mg/L 以内。膜污染可通过重复的气水反洗和定期的化 学清洗得以缓解。 关键词 羧甲基纤维素; 膜生物膜; 含盐废水; 工程应用 TREATMENT OF SALINE INDUSTRIAL WASTEWATER AT FULL SCALE WITH MBFR Pei Yeqing1Chen Donghui1Zhou Gongming2Lu Qin2Zhou Feng3 1. College of Environmental Science ＆ Engineering of Donghua University，Shanghai 200051，China; 2. The National Engineering Research Center for Urban Pollution Control of Tongji University，Shanghai 200092，China; 3. Shanghai Boshigao Environmental Equipment ＆ Engineering Co． ，Ltd，Shanghai 200092，China AbstractA combination of MBBR MBR was applied in treating saline CMC process wastewater．The inoculated non- halophilic bacteria were acclimatised to the saline wastewater． During acclimation period，MBBR showed excellent recovery from salinity shock． Through long HRT 5 － 15 dand low loading of COD 1. 6 kg/ m3don average ，COD removal rate of around 90 was achieved in the MBBR tank in most instances． The PVDF hollow fiber membrane guaranteed the effluent MLSS below 10 mg/L，while the MLSS in the membrane tank was kept below 5 000 mg/L． Membrane fouling was effectively mitigated through regular air-water backwash and periodic chemical wash．As salinity had aggravated membrane fouling， dosing dilute NaClO into backwash water and strengthening the bottom aeration of the membrane tank helped to mitigate it． Keywordscarboxymethyl cellulose CMC ;membrane biofilm reactor MBFR ;saline wastewater;full-scale application 1膜生物膜工艺概述 膜生物膜工艺是由“生物膜” 与“膜生物” 两种工 艺的有机结合而组成。其中， 生物膜部分负责降解有 机污染物， 而滤膜部分则起到截留污泥、 滤出清液的 作用。 膜生物反应器是由生物降解部分与滤膜部分组 成。较之常规的活性污泥工艺有诸多优势 滤膜有着 强大的固液分离能力， 甚至在污泥膨胀的情况下也是 如此; 膜生物反应器小巧、 紧凑， 可灵活地应用于现有 污水处理场的改造和升级; 膜生物反应器的剩余污泥 产量较少， 若是滤膜内置于活性污泥池内更无需污泥 回流。然而， 膜生物反应器也有不足， 膜污染是其最 大问题。 移动床生物膜工艺采用一种新颖的悬浮填料， 通 过水力和曝气作用达到全池流化， 从而为微生物营造 出一张移动的温床。本研究中的含盐工业废水来自于 一家特种化学品工厂， 该厂生产羧甲基纤维素类产品。 羧甲基纤维素生产废水的主要组成为 氯化钠 NaCl 、 羟乙酸钠 HOCH2COONa 、 羧甲基纤维素、 纤维素和 乙醇。在一般情况下， 该废水 COD 浓度和氯化物浓度 都在20 000 mg/L左右; 在极端情况下， 废水的 COD 浓 度可达30 000 mg/L以上， 氯化物浓度可达40 000 mg/L 以上。针对该废水特点， 采用膜生物膜工艺处理羧甲 基纤维素生产废水， 取得了较好的效果。 2研究材料和方法 2. 1废水特性 4 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 该厂羧甲基纤维素生产废水的水质波动较大， 表 1 为 羧 甲 基 纤 维 素 生 产 废 水 的 一 些 主 要 指 标， ρ BOD5 /ρ COD 为 0. 5， 可生化性一般。 表 1羧甲基纤维素生产废水水质指标 项目 ρ COD / mg L － 1 ρ 氯化物 / mg L － 1 ρ 悬浮固体 / mg L － 1 ρ 氮 / mg L － 1 ρ 磷 / mg L － 1 pH 温度 / ℃ 水量 / m3h － 1 平均值20 00020 000040084010 范围1 980 ～ 29 3002 810 ～ 43 100010 ～ 8004. 9 ～ 10. 030 ～ 754 ～ 18 2. 2工艺介绍 由于羧甲基纤维素生产废水的水质水量波动很 大， 因此首先进入调节池， 同时投加酸、 碱化学药剂， 将废水的酸碱度调节至中性， 并且按照碳∶ 氮∶ 磷比例 为100∶ 5∶ 1投加含氮、 含磷化学药剂。 流出调节池后， 废水进入生物膜池， 经板式热交 换器， 当废水温度高于40 ℃ 时开启。生物膜池内的 悬浮填料投加比例约为 30 ， 出水口处装有格栅以 防止填料流失。本工程采用 ZeeflowTMBC － 25 型悬 浮 填 料，聚 乙 烯 PE 材 质，密 度 为 0. 92～ 1. 05 g/cm3， 尺寸为  30 mm 25 mm， 总比表面积为 500 m2/m3。 出生物膜池后， 废水自流入膜池。膜池内共浸没 悬挂了 120 支中空纤维膜元件， 每 10 支膜元件构成 一套膜组件， 每 3 套膜组件构成一组膜模块。滤膜材 质为偏聚氟乙烯 PVDF ， 孔径 0. 1 μm， 每支膜元件 的膜面积为20 m2， 设计通量 6 ～ 8 L/ m2h 。在运 行过程中需要采取几种方法来减轻膜污染， 包括 每 28 min产水后进行 2 min 气水反洗; 当膜通量迅速下 降， 无法满足处理要求后采取化学清洗。其中， 气水 反洗是以膜模块为单位进行， 化学清洗是以膜组件为 单位进行， 所 有 清 洗 工 作 都 由 可 编 程 逻 辑 控 制 器 PLC 进行指挥完成。当膜池内的污泥浓度过高时， 需及时进行排泥以减轻滤膜的工作负荷， 这也是缓解 膜污染的手段之一。 出膜池后， 废水进入出水池。在膜池至出水池的 管路上装有一台在线总有机碳 TOC 分析仪， 一旦出 水不达标， 立即通过阀门切换， 将出水引回调节池， 等 待重新 处 理。另 外， 用 于 反 洗 滤 膜 的 水 也 是 取 自 于此。 本处理系统中所有的大型设备， 包括水泵和风机 等， 都选用了变频电机。所有水池都装有液位开关， 防止溢流现象的发生。图 1 为废水处理站的工艺流 程。各处理单元的有效容积见表 2。 图 1废水处理站工艺流程 表 2各处理单元的有效容积 m3 处理单元调节池 生物膜池膜池出水池污泥池 有效容积8002 8801105080 2. 3取样计划和分析方法 表 3 为本研究的取样计划和分析方法。其中， 第 1 个 COD 取样点在调节池的出水口， 第 2 个 COD 取 样点在膜池的进水口。 3试验结果及分析 3. 1生物膜工艺处理含盐废水效果 生物膜池的接种污泥取自工业园区废水处理场， 5 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 表 3取样计划和分析方法 指标取样点取样频率分析方法 COD调节池每日重铬酸钾法 GB 1191489 COD膜池每日重铬酸钾法 GB 1191489 COD出水池每日重铬酸钾法 GB 1191489 氯离子调节池每日硝酸银滴定法 GB 1189689 溶解氧调节池在线Thermo αlpha DO2000 溶解氧分析仪 溶解氧生物膜池在线Thermo αlpha DO2000 溶解氧分析仪 pH调节池在线Thermo αlpha pH800 酸碱度分析仪 电导率调节池在线Thermo αlpha CON1000 电导率分析仪 总有机碳出水池在线Shimadzu TOC － 4100 总有机碳分析仪 经驯化 使 其适 应含 盐 的 羧 甲 基 纤 维 素 生 产 废 水。 图 2为 100 d 驯化期内生物膜池的运行效果。由于该 特种化学品厂为新建项目， 因此废水处理站的调试、 试 运行与工厂的调试、 试运行恰好同步进行。工厂调试 期间排放的废水水质、 水量波动极大， 对生化处理系统 易形成盐度冲击和负荷冲击， 尤其是盐度冲击。在第 16 天和第 36 天 图 2 中灰度增加部分 ， 盐度和 COD 的短期快速增加对出水水质产生了短期的负面影响。 从第 42 ～52 天 图 2 中灰度增加部分 ， 盐度和负荷冲 击对生物膜池的处理能力造成了严重损害， COD 降解 效率在第 58 天和第 60 天低至 15 左右。从第 62 ～70 天， 废水盐度和 COD 逐渐升高， 此时生物膜池表现出 极佳的恢复能力， COD 降解效率得以快速恢复， 并适应 了高盐度环境 ρ Cl － 20 000 mg/L 。 图 2驯化期内生物膜池对废水的处理效果 从第 100 天起， 废水处理站与工厂一并进入了试 运行阶段。图 3 显示 120 d 试运行期内生物膜池的 去 除 情 况。 期 间 出 水 质 量 基 本 达 标，除 第 190 ～ 204 天 图 3 中 灰 度 增 加 部 分 ρ Cl － 达 42 750 mg/L， 出水水质由于盐度和负荷冲击而未能 达标。 图 3试运行期内生物膜池的运行效果 在调试期内， 废水水量基本维持在 12 m3/h 左 右; 试运行期内， 废水水量在 8 ～ 24 m3/h 波动。调试 期内废水的水力停留时间为 10 d 左右， 试运行期内 为 5 ～ 15 d。相 应， 220 d 内 COD 负 荷 平 均 约 为 1. 6 kg/ m3d ， 最大时达4 kg/ m3d 。尽 管 羧甲 基纤维素生产废水的 COD 浓度很高、 盐度较大， 但由 于停留时间较长和有机负荷较低， 处理效果较好。 3. 2滤膜在含盐废水中的运行效果 在整个调试和试运行期内， 膜池的 COD 去除效 率不稳定， 介于 5. 7 ～ 78. 5 ， 平均为 36. 5 左右。 这是因为滤膜的主要作用是固液分离， 而非生化降 解。通过定期排泥， 膜池内的混合液悬浮固体浓度维 持在5 000 mg/L以内， 同时出水池内的悬浮固体浓度 低于10 mg/L， 浊度保持在 0. 5NTU 左右， 说明该中空 纤维膜的固液分离效果较好。 通过观察、 对比运行数据， 发现盐度可以在一定 程度上加速膜污染的速率。当废水中氯离子浓度大 下转第 124 页 6 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期 阀门控制。 9 消防系统巡检问题 ①常规的巡检 常规设计是在消防出水供水总管 上引出一根试水管道， 并在试水管道上装设电动阀 门。电动阀门便于远程操作。试水管道的回水应尽 可能回用， 比如排入净循环水或浊循环水系统作为系 统补充水， 以满足钢铁行业用水的节能环保要求。 ②低频巡检 为操作更加人性化， 现在不少稳压系 统供货厂家将巡检装置改为低频巡检， 即电机在低频 状态下运行。有些可做到低频不出水， 有些低频运行 出少量水。低频不出水的弊端是只能监测电机， 但不 能保证消防供水管路畅通。低频出水的优点是通过消 防供水管路上设置流量监测仪表， 在监测电机的同时 也能保证供水管路的畅通， 但相对来讲造价要高。 具体采用常规的巡检模式还是低频巡检模式， 还 要求设计人员根据工程的实际情况区别采用。 参考文献 ［1］GB 500162006 建筑设计防火规范［S］． ［2］GB 504142007 钢铁冶金企业设计防火规范［S］． ［3］GB 165432008 高炉喷吹烟煤系统防爆安全规程［S］． ［4］CECS76 95气压给水设计规范［S］． ［5］2004CPXY全国民用建筑工程设计技术措施 建筑产品选 用技术 给排水部分 ［S］． ［6］王苓． 高炉水冷却工艺的技术比较和经济分析［J］． 环境工程， 2008， 26 6 71- 73． ［7］程铁华． 灭火造成的环境污染及细水雾技术的优越性［J］． 环 境工程， 2010， 28 增刊 56- 58． ［8］赵钢． 火灾环境影响及防治对策研究［J］． 环境工程， 2008， 26 增刊 328- 331． ［9］吉永业． 太钢 1 800 m3高炉喷煤系统设计及运行［J］． 山西冶 金， 2009 5 36- 38． ［ 10］蔡保旺， 祁海龙， 王伟斌， 等． 承钢高炉喷煤系统二次改造［J］． 承钢技术， 2005 3 3- 5． 作者通信处王硕辉100176北京市亦庄经济技术开发区建安街 7 号中冶京诚工程技术有限公司 动力与水资源工程技术所 2011 － 02 － 15 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 6 页 于15 000 mg/L时， 膜通量加速下降。 4结论 与活性污泥工艺相比， 移动床生物膜工艺产生的 污泥量较少， 可与滤膜组合。在采用膜生物膜工艺处 理含盐的羧甲基纤维素生产废水中， 通过较长的水力 停留时间 5 ～ 15 d 和较低的 COD 有机负荷 平均 1. 6 kg/ m3d 左右 ， 生物膜池表现出极佳的盐耐 受性和降解效率， 而浸没式中空纤维膜元件也表现出 稳定的固液分离效率。甚至在废水氯离子质量浓度 大于35 000 mg/L和 COD 质量浓度大于15 000 mg/L 的极端条件下， 整个处理系统仍能保持理想的处理效 率和出水水质。但在驯化阶段需要避免盐度冲击， 因 为此时的生化降解系统较为脆弱。另外， 废水中的盐 度可能会加速膜污染的进程， 因此必需保证气水反洗 系统的正常运转; 当膜污染程度进一步加重， 可能影 响出水水质时， 需及时进行化学清洗。 参考文献 ［1］张庆华， 毛在砂， 杨超， 等． MBR 工艺处理含盐污水的试验研究 ［J］． 中国给水排水， 2008， 24 3 5- 8． ［2］Pierre Le-Clech， Vicki Chen， Tony A G F． Fouling in membrane bioreactors used in wastewater treatment［J］． Journal of Membrane Science， 2006， 284 17- 53． ［3］陈霞， 王三反， 葛敬， 等． BMBR 工艺试验研究及参数确定［J］． 环境工程， 2009， 27 1 33- 36． 作者通信处裴烨青201620上海市松口区人民北路 2999 号东华 大学环境学院楼 4163 室 E- mailreinhard mail． dhu． edu． cn 2010 － 11 － 30 收稿 421 环境工程 2011 年 8 月第 29 卷第 4 期