用浸沒式平板膜生物反應器處理草漿中段廢水

張安龍 陳 月 趙小玲 閆東峰

(1.陜西科技大學造紙工程學院,陜西西安,710021;2.西安科技大學化學與化工學院,陜西西安,710054;3.陜西科技大學資源與環境學院,陜西西安,710021)

用浸沒式平板膜生物反應器處理草漿中段廢水

張安龍1陳 月1趙小玲2閆東峰3

(1.陜西科技大學造紙工程學院,陜西西安,710021;2.西安科技大學化學與化工學院,陜西西安,710054;3.陜西科技大學資源與環境學院,陜西西安,710021)

用自制浸沒式平板膜生物反應器 (MBR)對麥草漿中段廢水進行處理,CODCr、色度和 SS的去除率分別為 90.0%、92.3%和 96.0%,出水達到制漿造紙工業水污染物排放標準 (GB3544—2008)的排放要求。處理過程中通過優化運行參數有效減緩了膜污染的發生。

膜生物反應器;草漿中段廢水;水力停留時間 (HRT);膜污染;污泥濃度

膜生物反應器 (MBR)通過膜的高效截留作用,實現了水力停留時間 (HRT)和污泥停留時間的分離,使反應器內部維持很高的污泥濃度和很低的污泥產率,保持整個系統有很好的處理效果,并具有占地面積小的優點。因此,MBR被廣泛應用到城市和工業廢水的處理和回用過程中,包括食品加工、紡織印染、醫藥、化工、造紙、礦業等行業[1]。

草漿中段廢水排放量大,成分復雜,現有的處理方法一般是先經過物化處理和二級生化處理,很難達到制漿造紙工業水污染物排放標準的要求[2]。此外,現有的生化處理方法需要很多的構筑物,占地面積非常大,尋找一種新的處理方法勢在必行。本試驗用自制的浸沒式平板膜生物反應器處理草漿中段廢水,旨在為新建造紙廢水處理工程的工藝選擇或現有處理工藝的改造提供參考。

1 試 驗

1.1 試驗裝置

試驗采用浸沒式MBR,由曝氣池和膜組件兩部分組成,曝氣池分為活性污泥反應區和膜反應區兩部分。反應器有效容積 45 L,工藝流程如圖 1所示。

試驗采用的平板膜組件由柳州森淼環保技術開發有限公司提供,膜材料為聚偏氟乙烯 (PVDF),膜孔徑為 0.08μm,有效膜面積為 0.1 m2,膜通量為300～500L/(m2·d),試驗采用 1個膜組件,每天的最大產水量為 50 L。

圖1 浸沒式MBR試驗裝置

試驗廢水由恒流泵打入反應器,廢水先進入活性污泥反應區,污染物在此被微生物降解,然后進入膜反應區通過抽吸泵經膜過濾,通過流量計控制出水流量穩定。活性污泥反應區安裝有砂頭曝氣器,提供微生物降解污染物所必需的氧;膜反應區膜組件下面安裝有穿孔曝氣管,這些曝氣管在供氧同時還可在膜表面形成剪切流,對膜表面進行沖刷,減輕活性污泥在膜表面的積累,從而減緩膜污染。通過進水恒流泵和出水流量計的調節,使反應器內液面基本保持穩定。

1.2 廢水特性

試驗用廢水取自西安奧輝紙業有限公司草漿中段廢水,漂白工藝為 CEH三段漂白,廢水水質及執行的排放標準見表 1。

表1 廢水水質及排放標準

1.3 分析項目及方法

CODCr：重 鉻 酸 鉀 法 (G B/T 11914—1989);BOD5：稀釋與接種法 (HJ 505—2009);SS：重量法(GB 11901—1989);色度：稀釋倍數法 (GB 11903—1989);pH值：玻璃電極法 (GB/T 6920—1986);溶解氧：電化學探頭法 (HJ 506—2009)。

1.4 反應器啟動

在試驗開始階段,首先進行活性污泥的接種和馴化,接種污泥為西安奧輝紙業公司好氧系統二沉池的剩余活性污泥,污泥含水率為 80%。按反應器起始污泥濃度 4～5 g/L投加,污泥投加量為 1 kg,加入清水 15 L,加入廢水 7.5 L,將反應器內廢水 CODCr濃度調整到 600 mg/L左右,悶曝 24 h后停止曝氣,靜置 0.5 h后排出 50%上清液,然后通入原水,繼續進行生物馴化,此過程每 24 h進行 1次,持續 10天左右。期間控制溶解氧濃度 2～4 mg/L,并記錄污泥濃度的增長情況,反應器運行 12天后污泥濃度達到8 g/L,反應器啟動完成。

2 結果與討論

在廢水通過膜組件前,取反應器內的上清液測量其 CODCr、色度和 SS作為對照,驗證膜組件的處理效果。上清液各項指標：CODCr為 335 mg/L,色度為73倍 ,SS為 64 mg/L。

2.1 MBR對 CODCr的去除特性

常愛蘭愛上馱子的事其實我們嶺北周村的人是不大看好的。村上的周老相公就奚落過幾次，說常愛蘭愛馱子，肯定是愛馱子的錢。馱子有錢么？周老相公就說，你們看，馱子到嶺北周村來幾年了，從來沒有回過家，那么他的錢用到哪里去，咱們村，噢，不用說村了，就是整個嶺北鎮就那么屁股點大的地方，他去哪里用錢，他一年彈棉花彈到頭了，錢肯定是有不少的。而常愛蘭呢，她有什么？她就是一個寡婦，今年寡這個，明年寡那個，寡上誰誰倒霉。

浸沒式MBR對 CODCr的去除效果隨時間的變化情況如圖 2所示,從圖 2中可以看出系統對 CODCr的去除率為 90.0%。開始運行時采用的是間歇進水,使反應器內的活性污泥對廢水有一個適應過程,在此過程中反應器內污泥濃度逐漸提高,直到達到 8 g/L,過程中由于膜的截留作用,可以用抽吸泵抽吸出水,不會造成活性污泥的外流。從第 12天開始實現正常進水,運行至第 33天,由于一直沒有排泥,污泥濃度過高,達到 21 g/L,且無機質過多,膜堵塞嚴重,主要是膜片上形成一層厚厚的泥餅層,由于濾餅和膜的截留作用,雖然上清液 CODCr很高,但出水 CODCr仍比較穩定。總的來看,該系統對 CODCr有較好的去除效果,出水基本保持在 150 mg/L以下。

圖2 系統對 CODCr的去除效果

2.2 MBR對色度的去除特性

圖3 系統對色度的去除效果

浸沒式MBR對色度的去除效果如圖 3所示。由圖 3可以看出,浸沒式MBR對色度的去除率的平均值為 92.3%。普通活性污泥法對易降解的有機物,如生活污水、某些工業廢水等具有很高的去除率,但造紙廢水中含有的木素、纖維素和半纖維素等污染物屬于難降解的大分子有機物,很難被好氧活性污泥所分解,而造紙廢水的色度主要來自于上述污染物,因此傳統的好氧工藝對色度的去除效果不是很理想。浸沒式MBR依靠膜的物理截留作用,使大分子有機污染物得到有效去除,從而使色度明顯降低。

2.3 MBR對 SS的去除特性

浸沒式MBR對 SS的去除效果如圖 4所示。由圖4可以看出,浸沒式 MBR對 SS的去除率平均值為91.0%。傳統活性污泥法由于活性污泥和處理出水處于完全混合狀態,僅通過二沉池分離泥水混合物,分離效果極易受污泥性狀的影響,對控制和操作水平要求較高。對于浸沒式MBR,平板膜組件取代了沉淀池的作用,而且膜的截留作用遠遠高于二沉池的沉淀效果,使 SS幾乎全部被截留在反應器內部[3]。同樣由于截留作用,反應器的運行情況和污泥性狀對出水水質的影響很小,使出水水質穩定,對操作和維護要求較少。

圖4 系統對 SS的去除效果

2.4 HRT對MBR處理效果的影響

在其他條件不變的情況下,HRT對系統 CODCr去除效果的影響如圖 5所示。由圖 5可以看出,HRT對浸沒式MBR的處理效果影響較大,當設定 HRT=10 h時,系統對 CODCr的去除率為 78.9%;當設定HRT=19 h時,系統對 CODCr的去除率為 90.0%;當設定 HRT=24 h時,CODCr的去除率只是緩慢增加,對 CODCr的去除率為 91.2%,這主要是因為廢水中難降解的污染物很難分解,增加反應時間并不能明顯提高 CODCr的去除率。對于該試驗廢水,將 HRT控制在 19 h左右即可達到較好的處理效果。

膜污染是幾乎所有類型MBR都要面對的一個重要問題。膜污染速率隨膜通量呈粗略的指數方式增加[4],因此維持恒定且較低的膜通量可以減緩膜污染。試驗中膜出水量一直控制在 2 L/h左右,穩定運行 73天,MBR抽吸出水沒有明顯降低,有效減緩了膜污染速率。同時,膜組件下方使用了穿孔管曝氣,曝氣強度大,對膜表面具有沖刷作用,減緩了濾餅層在膜表面的形成,也有助于減小膜污染速率。

圖5 HRT對系統處理效果的影響

3 結 論

3.1 采用浸沒式平板膜生物反應器 (MBR)對草漿中段廢水進行了試驗研究。穩定運行后,系統對CODCr、BOD5、色度和 SS的去除率分別為 90.0%、93.0%、92.3%和 96.0%,出水達到制漿造紙工業水污染物排放標準 (GB3544—2008)的要求。

3.2 水力停留時間 (HRT)對MBR有較明顯的影響。污染物的處理效果隨 HRT的增加而提高,但增大到一定程度時提高不明顯,對于試驗廢水,在HRT為 19 h左右時,系統即可達到較好的處理效果。

3.3 污泥濃度對膜污染的影響較明顯。由于膜的截留作用,MBR內污泥濃度遠高于傳統活性污泥法,較高的污泥濃度確保了MBR有較高的處理效果,但污泥濃度過高會加重膜污染程度,不利于系統的正常運行。試驗中系統正常運行時污泥濃度平均為 12 g/L左右,在此污泥濃度下,系統有較好的處理效果,并可減輕膜污染速度。

[1] 胡雪利,買文寧,牛 娜.一體式平板膜生物反應器處理維生素制藥廢水中試研究[J].水處理技術,2010(3)：85.

[2] 王 森,張安龍.草漿中段廢水水解酸化預處理的研究[J].中國造紙,2007,26(5)：25.

[3] 陳 強,黎中寶,陳陽生,等.新型海藻式膜生物反應器處理印染廢水的應用研究[J].水處理技術,2010(1)：82.

[4] 陳福泰,黃 霞,譯.膜生物反應器：水和污水處理的原理與應用[M].北京：科學出版社,2009.

(責任編輯：郭彩云)

Treatment of Washing/Bleaching Effluent from Straw Pulping Line by Using Immersed Flat Membrane Bioreactor

ZHANG An-long1CHEN Yue1,＊ZHAO Xiao-ling2YAN Dong-feng2
(1.Paper making Engineering College,Shaanxi University of Science and Technology,Xi′an,Shaanxi Province,710021;2.School of Chemistry and Chemical Engineering,Xi′an University of Science and Technlogy,Xi′an,Shaanxi Province,710054;3.College of Resource and Environment,Shaanxi University of Science and Technology,Xi′an,Shaanxi Province,710021)
( ＊ E-mail：ziyouzhilong@126.com)

The treatment of washing and bleaching wastewater of the wheat straw pulping line by using an immersed flatmembrane bioreactor prepared in lab was studied.The experimental results showed that the CODCr,color,and SS removal efficiencies reach 90.0%,92.3%and 96.0%respectively.The effluent quality can meet the“the paper industry water pollution discharge standard”(GB3544—2008)requirements.The membrane pollution can be reduced by optimizing the operation parameters.

immersed flatmembrane bioreactor;wastewater of wheat-straw pulping;HRT;membrane pollution;sludge concentration

X793

A

0254-508X(2011)02-0026-03

張安龍先生,教授;主要研究方向：造紙工業廢水生物處理技術。

2010-10-13(修改稿)