高濃度有機廢水處理中膜生物反應器的應用

高濃度有機廢水是指化工、冶金、制革、食品發(fā)酵以及醫(yī)藥等行業(yè)排出的含有大量有機污染物的工業(yè)廢水。這些有機物排放到水體中，會加快溶解氧的過量消耗，產生化學反應，進一步造成厭氧分解，對水體生物造成嚴重的危害。不僅如此，其還會大幅度降低水體的自凈能力。我國水資源不足，降低工業(yè)廢水的有機物排放量，可以大幅度地提高我國水資源利用率。2005年，我國共排放工業(yè)廢水525億m3，其中，有機污染物排放量巨大。氨氮（NH3-N）排放量為150萬t，化學需氧量（CODCr）的排放量高達1414萬t，對我國七大水系均造成極為嚴重的污染。此外，主要污染指標還包括石油類、高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）、揮發(fā)酚以及五日生化需氧量（BOD5）等。

有機廢水處理可以有效減少水環(huán)境污染物，解決我國水資源的富營養(yǎng)化問題，避免水體中的植物與藻類過度生長而導致水體加速老化。有機廢水處理可以進一步降低廢水中氮與磷等營養(yǎng)物質的排放量。與城市生活廢水不同，工業(yè)廢水具有成分多樣化、處理難度大、費用高、污染物含量大等特點，一旦直接排放，就會對生態(tài)環(huán)境造成極大的影響。部分工業(yè)廢水含有易燃易爆的有毒有害物質，溫度較高，直接排放會造成較為嚴重的熱污染。最為重要的是，我國水資源貧乏，部分地區(qū)長期面臨無水或定時供水的情況。工業(yè)廢水的隨意排放會使原本就緊張的水資源狀況雪上加霜，由此可見，改進工業(yè)廢水處理技術刻不容緩。

1、膜生物反應器技術在廢水處理中的意義

近年來，我國經(jīng)濟取得極大的發(fā)展，但是一味加快經(jīng)濟增長而忽略環(huán)境保護會對環(huán)境造成較大的破壞，尤其是水污染。水是人們生存的必需物質之一，水污染給人們的正常生活帶來巨大的威脅。近年來，我國工業(yè)化進程逐漸加快，工業(yè)生產效率提高，然而工業(yè)廢水排放導致水污染加重，同時還有很多未經(jīng)處理的生活污水直接排放，二者都是造成當前水污染的重要因素。膜生物反應器是當前處理工業(yè)有機廢水的有效工藝，與環(huán)保理念息息相關，人們要合理運用膜生物反應器技術，更好地處理工業(yè)廢水，進而達到保護水資源的目的。

2、膜生物反應器在廢水處理中的應用

2.1 膜生物反應器裝置介紹

膜生物反應器的材質為不銹鋼板，具體組成如圖1所示，其總體積為1500m3，有效體積達到1150m3。原水經(jīng)過潛水泵抽出，隨后灌注到生物反應器中，并將膜組件完全浸沒。膜生物反應器借助大氣壓的作用，內部連通，將其接到出水泵入口處，由于出水泵具有抽吸作用，使得膜的內外兩層會形成膜壓，已經(jīng)處理過的高濃度有機廢水在膜壓的作用下會穿過超濾膜而出水。而高濃度有機廢水中的大分子物質、膠體以及其他懸浮物則無法通過膜，會被留在反應器中。整個膜生物反應器都在可編程邏輯控制器（PLC）的控制下實現(xiàn)全自動運行。

2.2 膜組件

污水處理采用外壓式非對稱中空纖維超濾膜，其材料組成為聚丙烯（PP），整個膜的面積達到40m2，而膜的孔徑則僅有0.1～0.2μm，膜的內徑為320μm。該裝置中，膜的下方區(qū)域放置微孔曝氣管，使微生物降解有機物的過程中擁有足夠的溶解氧，進一步提高膜絲的擾動能力，使膜污染的程度降低。

2.3 原水水質

以某工廠的實際工業(yè)廢水為例，其廢水含有較多成分，如可溶性淀粉、蛋白胨、工業(yè)葡萄糖、尿素、NaHCO3、KH2PO4、MgSO4?7H2O、MnSO4?H2O、FeSO4?7H2O等，詳細水質情況如表1所示。

2.4 處理方法

在污水處理過程中，人們對水溫、pH、懸浮物（SS）、NH3-N、COD、總氮（TN）、BOD5、濁度、揮發(fā)性溶解固體以及總溶解固體等進行測評，測評嚴格遵循《水和廢水監(jiān)測分析方法》中的相關方法。

3、結果與分析

3.1 系統(tǒng)運行情況

本次廢水處理期間，水溫控制在13～14℃。工業(yè)廢水的進水pH為6.53～6.41，出水pH為7.02～8.43，工業(yè)廢水的溶解氧控制在0.75～2.37mg/L。主要運行參數(shù)如下：出水量為115L/h，水力停留時間為9.8h，氣水之比為3∶1，有機物溶劑負荷為2.61kgCOD/（m3?d），活性污泥的生長周期為49d，活性污泥濃度為16～21g/L。間歇運行模式為膜單元的主要運行方法，一般情況下，出水泵每工作12min，則會休息3min，以15min為一個循環(huán)。出水泵的表面存在曝氣氣流的干擾，進而導致振動的形成，致使黏附在膜表面的污泥顆粒松軟，隨著混合液流走，達到恢復膜通量的作用。

3.2 對COD的去除

在處理過程中，膜生物反應器在去除COD時具有兩個突出作用。一是膜生物反應器中存在異養(yǎng)菌，異養(yǎng)菌在不斷代謝過程中對COD進行去除。二是膜本身對COD這類大分子有機物具有良好的截留效果。當COD等大分子物質附著在膜表面時，膜生物反應器中的微生物可以與其進行長時間的充分接觸并發(fā)生反應，既提高了微生物的培養(yǎng)速度，又加強了有機物的去除效果。一般情況下，膜生物反應器對COD的去除率最高可達95%左右，出水時COD含量小于100mg/L。

3.3 對SS的去除

膜具有強化截留作用，因此膜生物反應器的固液分離效果較好。本次污水處理過程中，膜生物反應器初始階段對于SS的去除率為96.8%，而穩(wěn)定后的去除率高達99.8%。在出水后，SS的含量低于2mg/L。

3.4 對NH3-N的去除

膜本身的截留功能使得硝化細菌可以在膜表面停留較長的時間，在此期間，原本增殖速度較慢的硝化細菌可以很好地生長和繁殖。在與NH3-N發(fā)生作用后，其可以提高NH3-N硝化效率，促進NH3-N的去除。在本次污水處理過程中，膜生物反應器對NH3-N的去除率達到96.3%，出水時，NH3-N的含量小于5.1mg/L。

3.5 對濁度的去除

膜生物反應器中含有大量的微生物，微生物的降解和膜自身的截留作用都可以大幅度降低膠體物質和懸浮物的含量，最終達到降低濁度的目的。在本次污水處理過程中，膜生物反應器對濁度的去除效果較好，達到出水小于2.0NTU的水平，使得出水整體看上去澄清透明，還大幅度地消除污水中的難聞氣味，使得污水在整體感官上與自來水相似。

4、結論

膜生物反應器對于高濃度有機廢水的處理效果良好，對于NH3-N、COD、SS等污染指標均有良好的去除能力，而且膜生物反應器的性價比較高，可以廣泛應用于污水處理中。膜生物反應器等有機廢水凈化處理技術具有良好的發(fā)展前景，研究人員應該再接再厲，加快工藝技術創(chuàng)新，完善有機廢水處理方法，減少有機廢水對水體的污染，減緩我國水體老化速度，促進我國工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。（來源：遼寧北方環(huán)境保護有限公司）