MB R工藝處理煙草廢水的膜污染防治方法探討

張明菊 （江蘇清大國華環保科技有限公司，江蘇 221116）

引言

隨著科學技術的進步和污水排放標準的提升，環保越來越受到人們的重視，污廢水處理要求越來越高，污水處理廠均要求采用一級、二級或三級處理后才能達到排放或回用標準。膜生物反應器（MBR）作為一種新型高效的廢水處理技術，被廣泛應用到食品廢水、生活污水、卷煙廢水等行業廢水處理，尤其是近幾年在卷煙廠中水回用項目中廣泛應用，如徐州卷煙廠、淮陰卷煙廠、內蒙古卷煙廠、西昌卷煙廠等全國10多家卷煙廠均采用膜生物反應器（MBR）工藝，經膜生物反應器處理后的出水可直接回用于廠區綠化、洗車、沖廁，或作為RO系統水源。本文結合煙草廢水處理工程實例，針對中空纖維膜在煙草行業廢水處理中膜污染防治提出綜合防治措施。

一、煙草廢水特點分析

卷煙廠廢水主要包括生產廢水和生活污水兩部分，其中生產廢水屬于難處理廢水，主要來自制絲車間、空調循環水、車間清掃等。在生產工藝的前段，廢水主要來源于膨脹煙絲用水和洗梗用水，主要特點是水量小，濃度高，含生物堿和酚類等，溫度高，大約在 65～75℃之間；生產中還有部分白膠廢水，廢水成白混濁色，COD的濃度高達2000mg/L左右。在生產工藝的后段，廢水主要來源于香料車間，大部分來源于設備沖洗過程中，廢水中含有香料和香精成分，同時還有些機油。此類廢水的濃度高，色度高，還含有多種難降解的生物堿、酚類、醇類等有機物。

生產廢水的水量小，但污染負荷較高，包括洗梗廢水、膨脹煙絲廢水、洗刷廢水，有水量小、濃度高、不定期排放等特點，同時煙草廢水的水質波動大，廢水排放沒有明顯的規律性。

通過對徐州卷煙廠污水處理站長期監測和實驗，徐州卷煙廠廢水主要來自廠區生產廢水和生活污水，其進水水質隨時間的波動如圖1-1,圖1-2所示。

由監測結果可以看到，COD的最低值為350mg/L，最高值為1836mg/L，COD的平均值為1112mg/L；BOD的最低值為178mg/L，最高值為436mg/L，BOD的平均值為300mg/L，廢水水質波動較大。

該煙草廢水的pH值分布在6.0～7.5之間。

其他常規指標的水質分析如下表1-1所示

表1-1其他水質指標

二、膜污染機理

膜污染是指在膜過濾過程中，被分離料液中溶質分子、膠體離子和顆粒物在膜表面或膜孔內部的吸附或沉積，致使膜孔道變小或堵塞，膜表面形成凝膠層或濾餅層，從而造成膜通量降低和/或跨膜壓差（TMP，trans-membrane pressure）升高的現象。膜污染有四種形態：膜孔堵塞，主要是由小分子物質堵塞膜孔造成的；膜表面凝膠層，大分子物質由于濃差極化附著在膜表面造成的；污泥濾餅層，在過濾過程中污泥層吸附在膜表面造成的；漂浮物纏繞，廢水中的毛發、纖維類物質纏繞在膜絲上造成的。

膜污染的影響因素有很多：如混合液性質、膜材料性質、水力學環境條件、生物反應條件、污水成分、操作條件等因素都對膜運行條件有影響。膜通量隨著污泥濃度對數值的增加而線性減小，但污泥濃度過低，也不利于膜污染的控制，同時，上清液濃度過高，會在膜表面上大量吸附。

三、煙草廢水處理中膜污染防治方法

根據煙草廢水特點和膜生物反應器膜污染機理，結合大量的工程實例，要保證膜生物反應器在煙草廢水處理中的使用壽命，應盡可能加強預處理的去除效率，運行過程中保持良好的水力條件，通過適當的原位清洗技術，抑制膜污染發展速率，延長緩慢污染階段的運行時間，以縮短化學恢復清洗周期。

3.1、選擇合適的預處理

膜-生物反應器（MBR）一般采用微濾膜或超濾膜，膜孔徑一般為0.4μm～數萬截留分子量，膜組件為整個處理工藝的核心部件。因此，要想保證處理效果和膜使用壽命，需加強預處理工藝，MBR工藝預處理應為傳統預處理和保護膜的預處理相結合。

MBR保護膜的預處理設施主要是超細格柵，柵隙為0.2～2mm，其主要作用是去除廢水中的頭發及纖維狀物質，這類物質纏繞膜絲是造成膜污染的主要因子。同時煙草廢水中含有大量的白膠、煙絲、油類等物質，需通過混凝沉淀或氣浮方法去除，以減小后續工藝的運行負荷。

3.2、進行必要的膜物理/化學清洗

膜生物反應器工程在實際運行過程中，需進行物理清洗和化學清洗。結合西南某煙廠實際運行情況，探討中空纖維膜組件物理清洗和化學清洗方法。

物理清洗指人工、機械清洗和清水清洗等不使用任何形式化學藥劑的清洗方法，其特點是：時間快、操作容易；不需要化學藥劑；不容易損壞膜材料；但清洗效果有限，通常只能去除“可逆污染”，需要損失部分過濾水量。

工程在實際運行過程中大都采用曝氣吹掃和間歇過濾聯合使用的方式降低膜污染速率。曝氣吹掃的作用是強化污染物從膜表面的反向擴散，一般在工程設計時已根據膜材質和運行參數設計了合適的池底曝氣量，間歇過濾是指膜過濾8～15min，停運1～2min。

物理清洗中采用反沖洗方式時需要慎重：膜面上形成的生物膜可以起到保護膜的作用。這層污染層比膜材料本身的選擇性更高，因此只要所產生的總阻力不是太大，這對整個過濾工藝是有利的。

由于物理清洗的局限性，膜孔被污染物堵塞后，僅靠物理清洗不能恢復膜通量，因此需要結合化學清洗。化學清洗通常是根據膜的污染程度，用氧化劑（次氯酸鈉等）、酸（鹽酸、硫酸、檸檬酸等）、堿（氫氧化鈉）、絡合劑、表面清洗劑、酶等化學清洗劑對膜進行清洗的過程。化學清洗根據清洗位置不同可分為維護性在線清洗和恢復性浸泡清洗兩種。

維護性在線清洗一般每周低濃度清洗一次，每月/季度高濃度清洗一次，可實現原位清洗，無需將膜組件吊離膜池。根據污染性質，選擇酸、堿清洗劑進行清洗。

恢復性浸泡清洗是MBR膜組件恢復過濾通量的最有效的清洗方法，一般每年清洗1～2次。在進行恢復性浸泡清洗前需把膜池內活性污泥抽空，進行原味浸泡，或把膜組件提出，在專門的清洗池內浸泡。可根據污染程度調整清洗順序，一般較輕污染時先堿洗后酸洗，污染較重時先酸洗后堿洗。酸洗大都采用檸檬酸溶液，PH2～3，水溫30～40°C，配置好的檸檬酸溶液通過加藥泵投加到清洗水池內，使膜組件在清洗液內浸泡8h，在浸泡的同時，池底進行曝氣，有利于膜表面的污染物質的反向擴散。堿洗是采用次氯酸鈉或氫氧化鈉溶液，配置PH<12，將膜組件放置于清洗液內浸泡4～8h，水溫30～40°C，同時池底進行曝氣沖刷。經化學清洗后的膜組件再安裝到系統內繼續運行使用。

由于物理清洗或化學清洗都是在通量下降、跨膜壓差升高后進行的補救措施，清洗后的膜組件的通量不能完全恢復，一般只能恢復到臨界通量的80～90%，因此，MBR膜組件的使用壽命有效，一般為3～5年。

四、結束語

在工程設計階段，根據煙廠廢水的進水水質情況采用合適的預處理工藝和膜材料，能有效的減緩膜污染；在實際運行過程中，采用曝氣吹掃和間歇過濾相結合的運行方式，并且定期對膜組件進行化學清洗，能有效的降低膜污染速率，保證膜組件使用壽命。

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