MBBR工藝處理反滲透濃鹽水中試研究

尹 航,杜 娟,盛培展,祝群力,苗利利,余迎春

（1.中冶京誠工程技術有限公司，北京100076;2.濟鋼集團有限公司,山東濟南 250101）

MBBR工藝處理反滲透濃鹽水中試研究

尹 航1,杜 娟2,盛培展2,祝群力1,苗利利1,余迎春1

（1.中冶京誠工程技術有限公司，北京100076;2.濟鋼集團有限公司,山東濟南 250101）

通過現場中試考察了MBBR工藝處理鋼鐵企業反滲透濃鹽水的效果。中試結果表明，MBBR對于氨氮的去除效果明顯，去除率穩定在90%以上；對濃鹽水中COD也有很好的去除效果，去除率達70%以上。

MBBR；濃鹽水；氨氮；研究

1 引言

隨著水資源的短缺，膜法已經成為鋼鐵企業再生水處理工藝的主要處理單元，而在再生水的生產過程中也會產生大量的濃鹽水[1]。若這些濃鹽水未經妥善處理直接排放，既會造成水資源的嚴重浪費，還會帶來嚴重的環境污染。尤其是其中的氨氮和有機物污染物，會給鋼鐵企業帶來很大的環保壓力。因此在濃水排放到自然水體和回收前，應對反滲透濃水中的氨氮及有機物進行適當的處理[2]。但又因其高含鹽量、低COD和可生化性差等特點，是現今水處理技術的一大難題。

移動床生物膜反應器（Moving bed biofilm reactor,MBBR），是以懸浮填料為微生物載體的生物接觸氧化法，具有載體流化所需能耗小，不會發生堵塞，水頭損失小等特點。它是吸收了傳統的流化床和生物接觸氧化法兩者的優點而形成的一種高效的污水處理方法，是懸浮生長的活性污泥法和附著生長的生物膜法相結合的一種工藝。

MBBR工藝通過以密度接近于水的懸浮填料投加到曝氣池中作為微生物的載體，并依靠曝氣池內的曝氣和水流的提升作用處于流化狀態實現載體填料與污水的充分接觸反應。研究表明，在MBBR系統中，生物固體平均停留時間與水力停留時間無關，世代時間較長的硝化菌和亞硝化菌能夠得以很好的繁衍、增殖[3,4]，在去除氨氮方面有著很大優勢。

目前，MBBR的應用已非常廣泛，既能夠應用于可生化性好的城市污水處理[5]，也能夠處理低濃度的冶金全廠綜合廢水[6]，還能夠應用于高濃度有機廢水的處理[7]。但將MBBR應用于冶金行業反滲透濃鹽水處理在國內目前尚未有成功案例可參考借鑒。本試驗在中試規模下，研究MBBR工藝對某鋼廠綜合污水處理廠的濃鹽水中氨氮和COD的去除效果。

2 材料與方法

2.1 實驗裝置

MBBR中驗裝置如圖1所示，反應器由有機玻璃加工而成，外圍用角鋼進行加固。設計進水水量為0.5 m3/h，反應器尺寸設為1.6m×1.6m×1.5m，反應器底部安裝穿孔曝氣管。反應器內投加懸浮填料，填料如圖2所示。本中試所采用的填料為K3型，單個填料有效比表面積≥500m2，填料材質比重為0.96，掛上微生物膜后易于形成流化狀態。在裝置出水口處設格網，防止填料流出和較大懸浮污泥堵塞出水管，網孔≤14 mm。為了更快地培養污泥和填料掛膜，在反應裝置內設電加熱器，使系統內溫度能夠維持在（24±1）℃。

圖1 MBBR反應器裝置示意圖

圖2 MBBR反應器中的填料

2.2 中試進水水質

本實驗中采用某鋼廠現有污水處理廠反滲透濃水作為進水水源，直接從反滲透濃水母管將濃水引入MBBR裝置，進入裝置之前設截止閥和流量計以便控制水量。目前反滲透濃水COD濃度為30～90 mg/L，氨氮濃度為5～30 mg/L，TDS約為4000 mg/L，pH約為7.2，溫度約為15.0℃。

2.3 測試方法

COD：重鉻酸鹽法；氨氮：納氏試劑分光光度法；電導和TDS：電極法（HANNA EC215）；pH：電極法（HANNApH211）；溶解氧：電極法（HACH LDO101）。

3 中試研究

3.1 MBBR的啟動

本中試對微生物的培養馴化采用接種同步培訓法，即利用其它污水處理廠的剩余污泥作為種泥，使培養和馴化過程同時進行或交替進行。首先將取自焦化廢水處理廠好氧段的活性污泥接種至MBBR裝置內，使系統內污泥濃度為1000 g/m3，進行悶曝24 h。由于進水有機物濃度較低，COD濃度只有30～40 mg/L且可生化性較差，體系內營養物質處于較低水平，微生物大部分處于內源呼吸階段，雖有利于微生物的抱團成膜，但并不利于微生物增值生長[8]，所以在悶曝24 h后將培養方式改為間歇式進出水培養，即每次用0.5 m3濃水將裝置中廢水置換，每天進行兩次，并每次投加相當于25 mg/LCOD的葡萄糖，使得微生物在逐漸適應高鹽、低有機濃度的環境的同時保證其生長。經過近20天的培養，填料表面已有較明顯的灰黑色生物膜附著，啟動階段水質變化見圖3和4。

圖3 MBBR啟動階段COD濃度變化曲線

圖4 MBBR啟動階段氨氮濃度變化曲線

從圖3～4中可以看出，經過20天的間歇培養馴化，MBBR裝置對COD和氨氮已經有了一些去除效果，但由于COD處于較低濃度范圍，這也成為了微生物生長及其去除效果的主要限制因素。同時系統內存在大量的懸浮態微生物，懸浮污泥與固著生物膜在對有機物的競爭中占有優勢，所以造成的填料的掛膜質量不好，也影響到了濃水的處理效果[9]。

針對中試運行情況，開始進行小流量連續進出水培養過程，一方面連續進水能夠為系統內微生物提供連續性的營養物質以保證其正常生長繁殖；另一方面，連續進出水可以逐漸將裝置內的懸浮污泥排出系統，使附著在填料上的微生物成為優勢菌種，充分體現出MBBR的技術優勢。在進水流量為7 m3/d的條件下，裝置運行了15天，填料表面原有的灰黑色蓬松微生物膜已轉化為黃色致密的生物膜，但此時COD和氨氮的去除率并不理想。于是逐漸縮短水力停留時間至4 h，MBBR對氨氮的去除效果開始顯現。這說明微生物對于這種高含鹽量、低有機物濃度和可生化性差的濃鹽水需要更長時間的培養與馴化，并可以通過增加有機負荷來加快MBBR反應器的啟動時間。

3.2 MBBR工藝的運行性能

3.2.1 MBBR對濃鹽水中氨氮的去除效果

在進水流量為12 m3/d的條件下，MBBR達到了設計工況。研究表明，該工藝對硝化過程和生物脫氮效率的提升具有直接的作用[10]，這一點在本中試工程中得到了印證。在設計工況條件運行的初期，氨氮的去除率就很快達到了89.4%，并且能夠保持穩定出水，如圖5。

圖5 MBBR對于濃鹽水中氨氮去除效果曲線圖

從圖5中可以看出，中試反應器對濃鹽水中的氨氮有非常明顯的去除效果，絕大多數時間里氨氮的去除率均超過90%，甚至出水經常接近于0。中試反應器對濃鹽水中氨氮濃度的沖擊也有較好的抵抗能力。

3.2.2 MBBR工藝對濃鹽水中COD的去除效果

中試前期，較長時間的培養馴化使得填料表面的微生物在高鹽、低濃度的廢水環境下對COD的去除也有較好的效果，見圖6。

圖6 MBBR工藝對濃鹽水中COD去除效果曲線圖

由圖6可以看出，進水水質波動較大，但有機物濃度總體偏低，且可生化性差，但經過系統的培養馴化，填料表面的微生物已經對濃鹽水水質有了很好的適應性，COD去除率能夠達到70%以上，最高可達到80%，出水COD穩定在10～20 mg/L。通過圖中數據發現，低有機物濃度廢水中有機物濃度成為該中試處理效果的重要限制因素。當進水COD濃度逐漸降低至30 mg/L以下時，由于系統內營養物質的匱乏，影響了異養菌的活性，導致了COD去除率逐漸降低。但系統具有一定的抗沖擊能力，當進水COD升高，其COD去除率會很快恢復到原有水平。

4 結論與建議

（1）由于濃鹽水高含鹽量、低有機物濃度和可生化性差等特點，MBBR的啟動時間相對較長，若有機物濃度過低則需要外加碳源來維持微生物的生長與繁殖，從而加快MBBR反應器的啟動時間。

（2）采用MBBR工藝處理反滲透系統濃鹽水達到了非常好的效果，對氨氮的去除率超過90%，甚至出水氨氮值經常接近于0；對COD的去除率在大部分時間均能超過70%，出水COD小于20 mg/L，完全滿足達標排放的水質要求。

[1]王愉晨,池勇志,蘇潤西,等.濃鹽水零排放技術的研究進展[J].化工進展,2013,32(6):1423－1428

[2]郭瑞麗,石玉,王增長.反滲透濃水中有機物去除的研究進展[J].水處理技術,2013,39(4):1－4 [3]Odegaard H,Rusten B,Westrun T.A new moving bed biofilm reactor Oapplication and results [J].Wat Sci Tech,1994,29(10): 157－165

[4]王奕,張興文,楊鳳林.移動床生物膜反應器的研究及應用現狀[J].環境治理技術與設備,2002,3(7):78－80

[5]饒雪峰,邢奕,鄒安華.MBBR處理三河市城市污水的工程應用[J].給水排水,2006,32(10):25－27

[6]苗利利,朱明巍,段建新,等.高效沉淀/MBBR/過濾工藝處理冶金全廠綜合廢水[J].中國給水排水,2012,28(6):47－50

[7]楊玉旺.移動床生物膜反應器處理污水的研究應用進展[J].工業水處理,2004,39(2):12－14

[8]張自杰.排水工程[D].中國建筑工業出版社,北京,1999:99

[9]賈磊,陳洪斌,王建翔,等.低濃度污水條件下MBBR啟動及處理效果的中試[J].水處理技術,2007,33(7):57－60

[10]鄭敏,楊波,汪誠文,等.中試MBBR裝置強化氨氮去除速率的影響條件研究[J].中國環境科學,2012,32(10):1778－1783

Pilot Study on MBBR Process to Treat Reverse Osmosis Concentrated Brine

Yinhang1,Dujuan2,Shengpeizhan2,Zhuqunli1,Miaolili1

(1.MCC Capital Engineering&Research Co.,Ltd.,Beijing,100176,China; 2.Jinan Iron&Steel Group Co.,Ltd.,Jinan,Shandong 250101,China）

The effect of the process of moving bed biofilm reactor (MBBR)in treatment of reverse osmosis concentrated brine in steel industry was investigated through field pilotscale experiment.The results showed that the effect of MBBR to remove ammonia nitrogen is very obvious,with the removal above 90%.The effect of COD removal by MBBR is also good,with the removal rate above 70%.This pilot experiment provided valuable experience for future practical engineering.

MBBR;concentrated brine;ammonia nitrogen;study

TF085

B

1006-6764（2015）06-0042-04

2015-03-31

尹航（1987－），碩士，工程師。畢業于北京化工大學，現從事工業給水、廢水處理相關工作。