sbr工艺处理有机废水：MBR工艺在合成氨工业废水处理中的应用

sbr工艺处理有机废水：MBR工艺在合成氨工业废水处理中的应用(2) 在膜组件附近进行叶轮搅拌；(1) 利用曝气产生的气液向上剪切力实现膜面错流效应；MBR按膜组件与生物反应器的相对位置可分为一体式膜生物反应器和分置式膜生物反应器。1.1 一体式膜生物反应器一体式膜生物反应器是将膜组件置于生物反应器中，以此代替传统工艺中的二沉池，利用真空泵或者其它类型的泵抽吸，得到过滤液，即系统的产水。一体式MBR一般采用中空纤维膜。为了避免膜长时间连续过滤而使膜孔堵塞，通常采取以下三种措施：

【摘要】 MBR是一种将污水的生物处理技术和膜分离技术相结合的高效废水生物处理工艺。它利用膜分离装置将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质直接截留，省掉了传统工艺中的二沉池，延长了污泥停留时间，为硝化菌和反硝化菌的生长繁殖提供了良好的条件，可有效地处理合成氨工业产生的高氨氮废水，为企业的节能减排提供了可靠保障。

【关键词】 膜生物反应器；合成氨废水；应用

1. MBR工艺简介

膜生物反应器（Membrane Biological Reactor MBR）是将膜分离技术与生物处理技术相结合的一种新型、高效废水处理技术。MBR与传统的活性污泥法相比，主要区别是用膜装置取代二沉池进行泥水分离，具有更高效率的分离效果。MBR通常使用微滤膜和超滤膜，对于需要较长污泥停留时间来处理合成氨工业的高氨氮废水，实现生物脱氮的情况，MBR工艺尤为可取。

MBR按膜组件与生物反应器的相对位置可分为一体式膜生物反应器和分置式膜生物反应器。

1.1 一体式膜生物反应器

一体式膜生物反应器是将膜组件置于生物反应器中，以此代替传统工艺中的二沉池，利用真空泵或者其它类型的泵抽吸，得到过滤液，即系统的产水。一体式MBR一般采用中空纤维膜。为了避免膜长时间连续过滤而使膜孔堵塞，通常采取以下三种措施：

(1) 利用曝气产生的气液向上剪切力实现膜面错流效应；

(2) 在膜组件附近进行叶轮搅拌；

(3) 通过膜组件自身旋转来实现错流效应。

一体式MBR的特点是：结构紧凑，占地面积小；膜通量低于分置式；动力消耗小，运行成本低。

1.2 分置式膜生物反应器

分置式膜生物反应器是指膜组件与生物反应器分开设置，膜组件设在反应器外，反应器中的混合液由泵加压后进入膜组件，在压力的作用下过滤液成为系统的产水，活性污泥等大分子物质被膜截留，回流到生物反应器。分置式MBR一般采用平面膜和管式膜。

分置式MBR的特点是：运行稳定，操作简单；膜装置便于安装、清洗和更换；易于建成大规模的工业化系统，不受生物反应器的限制；动力消耗大，运行成本高。

2. MBR工艺在废水站的应用

在《合成氨工业水污染物排放标准》（GB13458-2013）即将实施的情况下，为了企业长远的发展，为了落实节能减排措施，为了适应国家越来越严格的废水排放标准，公司决定对原污水处理系统进行升级改造。在比较了多种方案和实地考察论证后，决定采用A/O/A MBR工艺，MBR采用一体式，膜使用旭化成MUNC-620AⅡT型中空纤维微滤膜。

该废水处理站改建工程于2010年3月开始动工改建，并于同年10月开始进水调试，2011年1月贯通工艺，4月通过市环保局验收。该工艺设计进水指标为PH=6~9，COD≤300mg/L，含油量≤20mg/L，NH3-N≤120mg/L，TN≤200mg/L，SS≤30mg/L；设计出水指标为PH=6~9，COD≤70mg/L，含油量≤3mg/L，NH3-N≤25mg/L，TN≤30mg/L，浊度≤10NTU；原污水处理系统和改造后的废水处理系统工艺流程分别见图2-1和图2-2：

图2-1 原废水处理系统工艺流程

图2-2 改造后的废水处理系统工艺流程

2.1 活性污泥的培养驯化

活性污泥的培养主要在好氧池内进行，工艺流程是好氧池和二级缺氧池间切断，混合液在好氧池内回流，上清液从好氧池排放。采用一次在好氧池内投加西安市北石桥污水处理厂二沉池脱水污泥30t，每天间歇运行，分时间段进水、投加碳源、曝气、污泥回流、沉淀和出水，这种运行方式持续了3个月，污泥逐渐在繁殖生长和适应合成氨废水的生存环境。

图2-3 好氧池污泥沉降比趋势图

图2-3是10月份到12月份好氧池内污泥沉降比的变化趋势图，从中可以看出，经过3个月的培养繁殖，好氧池内的污泥沉降比从最初的5%增长到40%左右。

图2-4 氨氮进出水变化趋势图

从图2-4可以看出，在污泥培养驯化期间，刚开始由于污水的稀释作用，出水氨氮一直低于进水氨氮，但是从12月开始，进出水氨氮值基本相当，系统对氨氮的去除效果很不明显，这说明生化系统内的硝化细菌还没有被驯化为优势菌种，还需要继续培养驯化。

图2-5 COD进出水变化趋势图

图2-5是污泥培养驯化期间进出COD的变化趋势图，从中可以看出，经过10天左右的培养驯化后，从10月10日开始生化系统对COD的去除率就表现的很明显，由此可见降解COD类污染物的细菌比较容易培养驯化，生长繁殖也比较快。

2.2 工艺贯通与连续运行

2011年1月MBR膜安装完成后，测定污泥沉降比40% ，污泥浓度接近800mg/L。1月1日开始打通前后所有工艺，MBR装置开始产水，整个系统从半负荷开始连续运行，以后根据污染物去处效果逐渐增加系统处理水量，1～4月份的运行数据见下图。

图2-6 COD进出水变化趋势图

从上图可以看出，1～4月份在进水COD不超过600mg/L的情况下，出水COD可以达到小于70mg/L，说明该系统已经具备较好的COD去处能力，达到设计要求。

图2-7 NH3-N进出水变化趋势图

从上图可以看出，1～3月份期间，系统对氨氮的去除效果还不是很明显，从4月份开始，在进水氨氮小于120mg/L的情况下，出水氨氮可以稳定的小于25mg/L，说明生化系统的污泥经过6个月的培养驯化，硝化细菌的数量已经达到足够多的数量，已经对氨氮具备较好的去除能力，达到了设计要求。

图2-8 MBR系统产水流量趋势图

从图2-7可以看出，MBR系统经过安装调试后，两组MBR系统的产水量都可以达到150m3/h，达到了处理能力300m3/h设计要求。

图2-9 MBR系统跨膜压差变化趋势图

MBR系统的跨膜压差变化见图2-8，从图可看出，在产水量维持不变（150m3/h）的情况下，两组MBT系统的跨膜压差基本维持在20-40KPa的范围内，属于正常压差范围，暂时不需要进行MBR膜的在线清洗和离线清洗。

随着系统的长期运行和污泥浓度的增长，MBR膜面的空隙会逐渐被各种物质堵塞，跨膜压差会明显升高（一般超过70KPa） 产水量也会有所下降，这时就需要对膜进行在线清洗，降低跨膜压差，恢复产水量。如果在线清洗还不能恢复其正常产水量，就需要对膜进行离线清洗，用次氯酸钠溶液清洗掉膜表面污泥等有机物质，在用柠檬酸溶液清洗掉膜空隙内的无机杂质，从而恢复其产水量。

图2-10 MBR系统膜的透水率变化趋势图

MBR膜的透水率是衡量膜产水性能的重要指标，当膜受污染后，膜的透水率会逐渐下降，具体表现为产水量持续下降。旭化成MUNC-620AⅡT型中空纤维微滤膜的纯水透水率为0.7m3/m2·d，总共816柱膜，理论总产水量可以达到14280m3/d；从图可以看出，在污水系统中，两组MBR系统的透水率基本维持在0.35 m3/m2·d左右，是纯水环境透水率的一半左右，按照此数据计算，该系统可以稳定处理水量7140m3/d左右，基本可以满足本厂区污水处理系统的要求。

3. MBR工艺运行中存在的问题及建议

系统调试和环保验收结束后，保证废水站的稳定长周期运行就是我们车间的主要任务。经过一年多的实际运行情况来看，要保证废水站的长期稳定运行，还需要解决一些问题。

3.1 MBR产水管脱落，泥水倒灌入膜腔内部

产水管线脱落导致泥水倒灌入的事情在废水站发生过好几次，泥水倒灌会使膜腔内部受到污染，严重影响其透水率。现在建议采用以下几种办法：

(1) 把“8min产水 2min反洗”的MBR产水运行方式改为“8min产水 2min停止”

运行方式的改变可以通过修改PLC运行程序来实现。这种方法的优点是可以解决2min反洗时把泥水反抽至各个膜腔内；缺点是不能避免脱落管线的膜架受到泥水的反灌污染，而且不能实现反洗膜丝的作用。

(2) 在MBR出水管线安装在线浊度仪

出水管线上的浊度仪会实时在控制室电脑上显示MBR产水浊度，正常情况下产水浊度小于10NTU，当有产水管线脱落时，出水浊度会急剧上升，提醒中控室人员及时采取措施，避免膜丝受到污染。这种办法的优点是可以实时监测出水的浊度，提醒中控人员产水是否正常，有无产水管线脱落；缺点是人员发现浊度上升和采取措施控制之间有时间差，这段时间差内就有可能会发生膜腔被污染，可以考虑和第一种办法合用。

(3) 更换MBR产水管线接头

现在使用的产水管线（钢丝软管）和MBR产水管连接是靠喉箍卡死，这种连接方式经常出现管线脱落。建议在钢丝软管和产水管间使用法兰连接接头或者其它固定性较好的连接方式。这种办法的优点是可以彻底解决问题；缺点是需要更换68个产水管和接头，费用比较高。

3.2 高负荷氨氮对系统的冲击

在系统正常运行时，当受到高负荷氨氮（进水氨氮大于180mg/L）冲击，会使出水氨氮明显升高，甚至超过排放标准。建议采取的措施有：

(1) 通过东南排在线监测及时了解来水情况，发现来水氨氮超标，及时调节控制进水量，缓冲高负荷氨氮对系统的冲击。

(2) 调度协调排污单位，尽量少量多时排放，避免短时间内大量排放高浓度污水。

(3) 废水站单独设立一个应急池，当遇到负荷冲击时可以起到缓冲调节的作用。

3.3 MBR膜的油污染

由于来水中含油量较多，预处理气浮除油效果不理想，导致又累物质在膜表面的累积。这种情况可以从图3-1和图3-2看出。

图3-1 不同清洗条件下的膜组件透水保持率

图3-2 各清洗阶段后膜丝外表面SEM图

从上图可以看出，油类物质已经在MBR膜丝外表面形成积累，正常的在线和离线酸碱清洗无法清除油类物质，油类物质的长期积累会堵塞膜空隙，降低膜组件的透水率，会给膜带来不可恢复性污染。建议采取的措施有：

(1) 在格栅前增加一个隔油池，尽量在污水进系统前去除部分浮油。

(2) 考虑更换高效的除油装置，使得进生化系统含油量小于20mg/L。

4. 结束语

综上所述，经过两年的工程改建和现场调试，现在的MBR工艺已经可以满足处理厂区内各种生产生活污水的需要。在正常运行情况下，出水COD可以达到小于50mg/L，氨氮小于15mg/L，出水清澈透亮，可以达到《陕西省黄河流域污水综合排放标准》DB61/224-2018，但是，运行中也发现了一些问题，这些问题的有效解决对废水处理站的长期稳定运行至关重要，对企业倡导清洁生产，打造绿色化工，实施节能减排影响重大。