膜生物反應(yīng)器的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)展

李廣義

(1.中國(guó)海洋大學(xué) 化學(xué)工程, 山東 青島 266100；2.山東省海洋化工科學(xué)研究院, 山東 濰坊 262737)

膜生物反應(yīng)器的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)展

李廣義1,2

(1.中國(guó)海洋大學(xué) 化學(xué)工程, 山東 青島 266100；2.山東省海洋化工科學(xué)研究院, 山東 濰坊 262737)

作為21世紀(jì)最具潛力的水處理技術(shù)之一，膜生物反應(yīng)器技術(shù)在污水處理領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。膜生物反應(yīng)器因其有效的截留作用，可保留世代周期較長(zhǎng)的微生物，可實(shí)現(xiàn)對(duì)污水深度凈化。本論文介紹了膜生物反應(yīng)器的基本類型，在處理當(dāng)前幾種典型的工業(yè)廢水中膜生物反應(yīng)器工藝的應(yīng)用情況以及膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用前景。

膜生物反應(yīng)器；工業(yè)廢水；工業(yè)應(yīng)用

1 膜生物反應(yīng)器簡(jiǎn)介

膜-生物反應(yīng)器為膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合之新型態(tài)廢水處理系統(tǒng)，主要由生物反應(yīng)器、膜組件和控制系統(tǒng)三部分組成，生物反應(yīng)器是污染物被降解的場(chǎng)所，膜組件是膜生物反應(yīng)器的核心部分[1]。

近年來(lái)膜生物發(fā)生器技術(shù)的應(yīng)用在世界上維持著每年高于10%的增長(zhǎng)率，主要原因是膜生物發(fā)生器工藝對(duì)污染物的處理能力及處理效果是污水處理及回用的理想方式[2]。

2 膜生物反應(yīng)器的主要類型

污水處理因其種類不同決定著膜生物反應(yīng)器性能的差異。膜生物反應(yīng)器的主要類型有以下幾種。

2.1 根據(jù)膜組件所起作用分類

根據(jù)膜組件所起作用不同，通常將膜生物反應(yīng)器分為三種：固液分離膜生物反應(yīng)器、膜曝氣膜生物反應(yīng)器和萃取膜生物反應(yīng)器。

2.2 根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的相對(duì)位置分類

根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的相對(duì)位置，膜生物反應(yīng)器可分為兩種基本型式：分置式和一體式。

(1)分體式膜生物反應(yīng)器(或外置式)是研究最早的類型，膜組件與生物反應(yīng)器分開設(shè)置，相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行，易于調(diào)節(jié)控制，而且膜組件置于反應(yīng)器外，易于膜的清洗、更換及增設(shè)。

(2)一體式膜生物反應(yīng)器(或浸沒式)比較簡(jiǎn)單，直接將膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)，出水由泵吸出得到過(guò)濾液。

3 膜生物反應(yīng)器在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用

膜生物反應(yīng)器是膜技術(shù)和污水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合產(chǎn)生的廢水處理新工藝，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的污水處理研究中。本文從焦化廢水處理、印染廢水處理、電鍍工業(yè)園廢水處理方面對(duì)膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用。

3.1 膜生物反應(yīng)器對(duì)焦化廢水處理中的應(yīng)用

焦化廢水是煤質(zhì)焦炭、煤氣凈化及焦化產(chǎn)品回收過(guò)程中產(chǎn)生的高濃度廢水。其中含有大量的酚類、吡啶、吲哚等有機(jī)污染物以及大量的氰化物、氟化物等有毒有害物質(zhì)。其氨氮濃度高、焦油含量大、可生化性差，用一般生物處理方法有很大難度，傳統(tǒng)的生物處理工藝對(duì)有毒和難降解焦化廢水處理存在一定的局限性，因此，可以考慮通過(guò)膜分離的強(qiáng)化作用提高生物處理系統(tǒng)對(duì)焦化廢水的處理效果。

膜分離生物反應(yīng)器中的膜組件相當(dāng)于相當(dāng)于傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)中的二沉池，利用膜組件進(jìn)行固液分離，截留的污泥回流至生物反應(yīng)器中，透過(guò)水外排。目前對(duì)于焦化廢水的處理，通常采用的工藝有A/O、A2/O、SBR、固定化微生物高效處理技術(shù)以及膜生物反應(yīng)器(MBR)等。

馬東祝等[4]利用膜生物反應(yīng)器處理技術(shù)處理焦化廢水過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，氣浮工藝段COD去除率比較低，平均值僅為15%左右。而在厭氧工藝段，當(dāng)水力停留時(shí)間為20h時(shí)，COD平均去除率在20%左右。到了生化工藝段，COD總?cè)コ蔬_(dá)到了92%。當(dāng)MBR穩(wěn)定運(yùn)行45d后，出水COD濃度相對(duì)穩(wěn)定，最高為420mg/L,最低為135mg/L，平均值為210mg/L，達(dá)到COD<250mg/L的要求。

3.2 膜生物反應(yīng)器在印染廢水處理中的應(yīng)用

印染廢水的處理一直是我國(guó)廢水治理研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其主要特點(diǎn)為有機(jī)物成分復(fù)雜，難降解物多、色度高、水質(zhì)變化大等[5]?，F(xiàn)主要采用物化處理和生化處理相結(jié)合的方法對(duì)其進(jìn)行處理，但效果并不是非常理想。膜生物反應(yīng)器作為一種高效水處理技術(shù)，在難降解廢水處理方面體現(xiàn)出了相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性，在印染廢水處理應(yīng)用具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。

3.2.1 國(guó)外膜生物反應(yīng)器在印染廢水中的應(yīng)用

20世紀(jì)70年代，J.J.Porer等就開始將膜生物反應(yīng)器應(yīng)用于印染廢水的處理之中，采用反滲透法對(duì)18中染料的回收和再利用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)中采用內(nèi)壓管式醋酸纖維膜、中控纖維聚酰胺膜、卷式醋酸纖維膜以及外壓管式Zr(Ⅳ)氧化物-PAA動(dòng)態(tài)膜，分離效果良好，色度出去旅大于99%，COD去除率在92%以上，分離的水可以重新使用[6]。

目前國(guó)外膜生物反應(yīng)器工藝在印染廢水處理中的應(yīng)用已經(jīng)愈發(fā)成熟，S.S.Turk[7]使用超濾膜和反滲透膜聯(lián)合處理印染廠活性染料廢水，首先采用超濾膜進(jìn)行處理，出水再經(jīng)反滲透膜處理，COD、色度、TOC、總磷的去除率分別為94%，99%，85%，97%。

3.2.2 我國(guó)膜生物反應(yīng)器在印染廢水中的應(yīng)用

我國(guó)膜生物反應(yīng)器在印染廢水中的應(yīng)用主要是將膜分離技術(shù)與多種生物反應(yīng)器相結(jié)合，利用不同生物反應(yīng)器的不同作用達(dá)到不同的處理效果，是出水達(dá)到排放甚至回用標(biāo)準(zhǔn)。鄭祥等[8]采用中式規(guī)模的膜-生物膜工藝處理毛紡印染廢水，出水COD、BOD5、色度、濁度平均去除率分別達(dá)到85.7%、92.3%、64.3%、98.9%，符合CJ/T48-1999《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。

我國(guó)膜生物反應(yīng)器在印染廢水中的應(yīng)用已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的中式，盡管現(xiàn)階段將其應(yīng)用于工程實(shí)踐有一定的困難，但是相信隨著我國(guó)科技水平的不斷提高，這一高效的污水處理工藝必將在印染廢水領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用，得到更加廣泛的應(yīng)用。

3.3 膜生物反應(yīng)器對(duì)電鍍工業(yè)園廢水處理中的應(yīng)用

電鍍前處理廢水成分復(fù)雜，包括油、蠟、表面活性劑、金屬氧化物、各種金屬離子等。其中電鍍前處理工藝產(chǎn)生的廢水，含有大量難降解有機(jī)物，COD高且水質(zhì)變化大，屬于難治理的污水之一?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)外對(duì)于電鍍廢水的處理，主要以生化和物化聯(lián)合的方法進(jìn)行處理，大部分以物化-生化-物化的三級(jí)深度處理工藝為主。該工藝?yán)碚撋峡梢允钩鏊_(dá)標(biāo)排放，其中的普通活性污泥法也起到一定效果，但在實(shí)際工程中，生活系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況經(jīng)常發(fā)生。而MBR技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，決定了他可以對(duì)常規(guī)方法難處理的污水進(jìn)行有效的處理，該工藝在垃圾滲濾液、制藥廢水中有一定應(yīng)用，但在電鍍前處理廢水的處理上還不是很多[9]。

楊湘政等[10]在對(duì)中山某電鍍工業(yè)園污水集中處理廠進(jìn)行中試試驗(yàn)后得出結(jié)果，膜生物反應(yīng)器對(duì)電鍍廢水中的難降解有機(jī)物有很好額處理效果。銅離子和你離子在活性污泥中的累積分別達(dá)到26.04mg/L和9.19mg/L，對(duì)系統(tǒng)有機(jī)物的去除率影響小。當(dāng)停留時(shí)間為15～20h，進(jìn)水COD含量1000～2000mg/L的情況下，出水COD可達(dá)到80mg/L以下，出水銅離子和你離子濃度都在0.1mg/L以下，達(dá)到國(guó)家電鍍GB21900-2008標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

膜分離技術(shù)在污水處理領(lǐng)域中正在不斷地顯示出巨大的威力，膜生物反應(yīng)器作為生物技術(shù)加膜技術(shù)的新型污水處理技術(shù)，綜合了膜分離技術(shù)和生物處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，更有效的進(jìn)行泥水分離，并延長(zhǎng)了SRT，提高微生物對(duì)污水中有機(jī)物的處理能力。經(jīng)過(guò)膜生物反應(yīng)處理器處理后的水質(zhì)可以直接用于非飲用水回用。系統(tǒng)占地面積小，幾乎不排生物污泥，具有較高的抗沖擊能力，隨著膜生物反應(yīng)器技術(shù)的不斷完善和技術(shù)水平的不斷提高，在處理工業(yè)廢水及生活污水中實(shí)現(xiàn)水回用，還可以逐步降低運(yùn)行成本，可以再很多行業(yè)的污水處理中進(jìn)行使用，充分利用水資源。

我國(guó)是一個(gè)人口眾多，水資源匱乏的國(guó)家，隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，水資源危機(jī)更加嚴(yán)峻，污水的處理及回收利用顯得更為重要。但是，我國(guó)在制膜技術(shù)和運(yùn)行條件的優(yōu)化等方面與國(guó)外還存在一定差距，隨著研究工作的不斷深入，膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。

[1] 李 薇，程志剛，吳凱濤.膜生物反應(yīng)器技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用及探討[J].廣東化工，2012，39(7)：142-143.

[2] Bérubé P . Chapter 9 Membrane Bioreactors: Theory and Applications to Wastewater Reuse[J].Sustainability Sci Eng,2009(2):255-292.

[3] Yang W, Cicek N, Ilg J. State-of-the-art of membrane bioreactors: Worldwide research and commercial applications in North America[J].J Membr Sci, 2006, 270(1):201-211.

[4] 馬東祝，張 玲，黃 淵，等.膜生物反應(yīng)器在焦化廢水處理中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2011, 30(8):250-251.

[5] 戴日成，張 統(tǒng)，郭 茜，等.印染廢水水質(zhì)特化及處理技術(shù)綜述[J].給水排水，2000,26(10)：33-36.

[6] 徐 靜，徐高田，秦 哲，等.膜生物反應(yīng)器在印染廢水處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)廢水處理，2007,27(4)：5-8.

[8] 鄭 祥，樊耀波.膜-生物膜工藝處理毛紡印染廢水中試[J].中國(guó)給水排水，2004,20(4)：41-43.

[9] 賈海濤，楊 開，賈之輝.應(yīng)用膜生物反應(yīng)吹電鍍廠廢水的研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2003(2)：38-41.

[10] 楊湘政，陸 華.膜生物反應(yīng)器在電鍍工業(yè)園廢水中的中試應(yīng)用研究[J].廣東化工，2011，38(8)：121-122.

(本文文獻(xiàn)格式：李廣義.膜生物反應(yīng)器的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)展[J].山東化工，2017，46(04)：46-47.)

Progress in Industrial Application of Membrane Bioreactor

LiGuangyi1，2

(1.Ocean University of China Chemical Engineering , Qingdao 266100 China;2.Shandong Ocean Chemical Industry Scientific Research Institute, Weifang 262737 China)

As one of the most promising water treatment technologies in the 21st century, membrane bioreactor (MBR) technology has a wide application aspect in sewage treatment field. Membrane bioreactor can retain a longer generation of microorganisms and achieve the depth of sewage purification owing to its efficient retention effect. In this paper, we discussed the basic types of membrane bioreactor (MBR). The application of membrane bioreactor (MBR) in the treatment of several typical industrial wastewater and the application prospect of membrane bioreactor were also introduced.

membrane bioreactor; industrial waste; industrial application

2016-12-30

李廣義(1984—)，山東濰坊人，現(xiàn)在山東省海洋化工科學(xué)研究院工作，工程師，現(xiàn)攻讀中國(guó)海洋大學(xué)工程碩士學(xué)位。

X781.1

A

1008-021X(2017)04-0046-02