膜生物反應(yīng)器結(jié)合臭氧工藝在工業(yè)區(qū) 水回用處理中的應(yīng)用

蔡 鑫

（濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，濟(jì)南 420079）

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，大量工業(yè)廢水肆意排放帶來(lái)了嚴(yán)重的水污染問(wèn)題。膜生物反應(yīng)器是一種將生物膜法和膜分離技術(shù)相結(jié)合的污水處理新工藝，具有適應(yīng)性強(qiáng)、處理效果好、水力與污泥停留時(shí)間可分別控制等優(yōu)點(diǎn)，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在污水處理中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，廣泛應(yīng)用于污水處理中，臭氧催化氧化期間，部分臭氧被吸附到催化劑表面，更多的部分溶解在水中，臭氧產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物會(huì)從氧化劑表面脫落，催化劑對(duì)水中的臭氧進(jìn)行催化，達(dá)成氧化反應(yīng)。臭氧氧化技術(shù)是指在催化劑作用下增強(qiáng)臭氧的氧化能力，達(dá)到去除有機(jī)物的良好效果。膜生物反應(yīng)器與臭氧工藝結(jié)合在工業(yè)區(qū)廢水回用中具有良好的效果。研究新工藝在工業(yè)區(qū)的回水處理應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 膜生物反應(yīng)器簡(jiǎn)介

膜生物反應(yīng)器分為分離膜生物反應(yīng)器與無(wú)泡膜生物反應(yīng)器。分離膜生物反應(yīng)器應(yīng)用最廣泛，膜組件相當(dāng)于二沉池，截留污泥回流至生物反應(yīng)器。無(wú)泡膜生物反應(yīng)器直接供應(yīng)高純氧，氧傳質(zhì)效率接近100%，氣體分壓被控制在小于泡點(diǎn)，使氧氣不能進(jìn)入大氣被充分利用[1]。

1.1 MBR 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

MBR 技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在出水水質(zhì)好、工藝參數(shù)易于控制、占地面積小等方面。膜組件取代二沉池可使生物反應(yīng)器內(nèi)獲得更多的生物濃度，通過(guò)膜分離裝置獲得的水質(zhì)很好，膜的高截流作用使微生物完全截留在反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)可控制較長(zhǎng)的SRT，提高消化效果，使廢水中的大分子難降解成分有足夠停留時(shí)間，反應(yīng)器在長(zhǎng)泥齡下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)基本無(wú)剩余污泥排放。膜分離單元不受污泥膨脹等因素影響，便于管理。

1.2 MBR 研究熱點(diǎn)問(wèn)題

膜污染是指膜的微粒或溶質(zhì)分子與膜發(fā)生物理化學(xué)作用，使某些溶質(zhì)引起膜表面及膜孔內(nèi)吸附，造成膜孔徑變小。膜污染包括膜的堵塞與膜沉積層的形成，膜生物污染分為兩個(gè)階段：一是腐殖質(zhì)與其他微生物代謝產(chǎn)物等大分子物質(zhì)在膜面吸附，進(jìn)水微生物中黏附速度快的細(xì)胞形成初期黏附；二是生物污染的最終形成階段，因后續(xù)大量菌種的黏附，加劇微生物的繁殖，此階段生物膜趨于穩(wěn)定。生物污染造成膜的不可逆堵塞，引起膜通量下降。

因親水性材料制成的膜與水分子間能形成氫鍵，改性后，PVDF 中空纖維膜的親水性有效地提升，膜的抗污染能力明顯增強(qiáng)。

2 臭氧工藝技術(shù)

2.1 臭氧催化氧化反應(yīng)機(jī)理

臭氧催化氧化技術(shù)是近年來(lái)迅速發(fā)展的新技術(shù)，主要為克服單純臭氧氧化技術(shù)利用率較低的缺陷，臭氧催化氧化技術(shù)利用催化劑，利用較強(qiáng)的氧化性實(shí)現(xiàn)對(duì)水中有機(jī)污染物的處理，一些穩(wěn)定性較高的有機(jī)物被臭氧氧化分解，提高了臭氧氧化反應(yīng)效率。

均相催化氧化技術(shù)主要是主族金屬元素以離子形式被引入廢水中，大大提高臭氧利用率，增強(qiáng)對(duì)有機(jī)物的去除效果。均相臭氧催化氧化反應(yīng)機(jī)理為水體中離子促進(jìn)臭氧分解，通過(guò)氧化分解難降解的有機(jī)物，水體中離子與有機(jī)物發(fā)生絡(luò)合被氧化。

非均相催化氧化反應(yīng)是指可在水體與催化劑中同時(shí)進(jìn)行的反應(yīng)，有機(jī)污染物被吸附在臭氧表面，發(fā)生氧化反應(yīng)。臭氧在水中溶解，形成游離態(tài)，在催化劑作用下與水中的有機(jī)污染物發(fā)生氧化反應(yīng)，此過(guò)程為非吸附狀態(tài)下的氧化反應(yīng)。非均相催化氧化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是催化劑流失少，不會(huì)對(duì)水資源造成二次污染[2]。

2.2 臭氧在廢水處理中的應(yīng)用

工業(yè)廢水的臭氧處理設(shè)施是指臭氧發(fā)生量高于0.5 kg/h 的系統(tǒng)，它幾乎能處理所有類型的廢水。與飲用水臭氧化系統(tǒng)相類似，很多臭氧發(fā)生器工業(yè)應(yīng)用中，能耗被是重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通常采用臭氧氧化與生物降解組合的工藝，降低臭氧用量。目前，大多廢水的臭氧氧化單元設(shè)置于生物降解系統(tǒng)中的化學(xué)氧化前，工業(yè)廢水臭氧氧化系統(tǒng)中，廠家常用的氣液接觸器是鼓泡塔反應(yīng)器，很多反應(yīng)器在加壓狀態(tài)下運(yùn)行，以提高工藝效率。

3 MBR+臭氧工藝在工業(yè)區(qū)水回用中的應(yīng)用

3.1 工程概況

某項(xiàng)目位于工業(yè)區(qū)，占地面積10 m2，日排水量約5 000 m3，日污水處理量為200 m3/d，處理后的中水回用于澆灌綠地。系統(tǒng)生產(chǎn)污水水源按化糞池出水進(jìn)行設(shè)計(jì)，生產(chǎn)廢水主要指標(biāo)限定為：COD ≤350 mg/L，NH3-N ≤30 mg/L，BOD ≤200 mg/L，pH 值6 ～9。設(shè)計(jì)將項(xiàng)目園區(qū)部分生產(chǎn)污水進(jìn)行深度凈化處理，處理后水質(zhì)達(dá)到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GBT18920-2002）標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)生產(chǎn)使用安全衛(wèi)生等要求，合理安排建筑物、工程管線與綠化等設(shè)施平面位置。主要構(gòu)筑物為調(diào)節(jié)預(yù)處理池、清水池及設(shè)備間。工藝管線采用埋地式與沿管溝敷設(shè)，控制電纜采用地下電纜溝敷設(shè)。

根據(jù)項(xiàng)目處理水質(zhì)目標(biāo)，從節(jié)省占地、方便后期運(yùn)行等方面考慮，采用膜生物反應(yīng)器處理工藝。

3.2 工藝選擇與施工

格柵池與調(diào)節(jié)池主要設(shè)置在污水綜合集水口處，確保固定淹沒載體生物反映膜進(jìn)水均勻性。設(shè)計(jì)有效池控制水深2.5 m，主要設(shè)備是潛水提升泵（Q=15m3/h，N=1.5 kW，H=6 m）。

缺氧池主要用于強(qiáng)化生物除磷，對(duì)回流污泥濃縮前進(jìn)行反硝化脫氮，有效池容10 m3，控制水深2.5 m[3]。

MBR 主要作用是生物反應(yīng)去除COD、氨氮污染。采用地下式砼結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)有效池容40 m3，控制水深3.5 m。主要設(shè)備為：混合污水回流泵，Q=12 m3/h，N=1.5 kW，H=12 m；三葉茨鼓風(fēng)機(jī)，風(fēng)量7.2 m3/min，功率6 kW，風(fēng)壓39.2 kPa；自吸泵消毒池，用于殺滅水中的致病細(xì)菌，設(shè)計(jì)有效池容4 m3。此外，主要設(shè)備還有臭氧發(fā)生器。

3.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

本系統(tǒng)土建工程多屬于特種結(jié)構(gòu)，對(duì)裂縫寬度等控制嚴(yán)格，對(duì)施工單位施工能力要求較高。構(gòu)筑物采用C25 防水混凝土。

構(gòu)筑物施工完畢后必須嚴(yán)格按《給排水構(gòu)筑物施工驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行試驗(yàn)，滲水量不得超2 L/（m2·d）。污水處理站設(shè)有電控柜，與消毒設(shè)備控制柜，污水處理站內(nèi)所有用電設(shè)備、泵類設(shè)備可通過(guò)液位控制自動(dòng)運(yùn)行。

3.4 運(yùn)行效果與價(jià)值

膜生物反應(yīng)器污水處理技術(shù)使用膜組器替代沉淀池，混合液通過(guò)膜進(jìn)行固液分離。主要優(yōu)勢(shì)是出水水質(zhì)穩(wěn)定，處理效果良好，污泥排放量比傳統(tǒng)工藝減少三分之二，自動(dòng)化程度高，占地面積小，一般低污染廢水處理后可直接作為中水回用。生物膜可以防止各種微生物菌群流失，高濃度微生物大大減少剩余污泥的生產(chǎn)量，明顯降低了污泥處理費(fèi)用。實(shí)際應(yīng)用期間，不用設(shè)立過(guò)濾等固液分離設(shè)備，系統(tǒng)占地面積縮減，易于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行管理自動(dòng)化。

膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)占地面積僅為傳統(tǒng)工藝的50%左右。經(jīng)MBR 處理后，出水COD=65.5 mg/L、NO3-N=25 mg/L、SS=5.7 mg/L，觀感清澈，完全滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)MBR 與臭氧消毒處理后，中水用于日常園林綠化灌溉，日用水量為160 m3/d。項(xiàng)目按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行招標(biāo)來(lái)組織施工，運(yùn)行結(jié)果表明，安裝調(diào)試費(fèi)等實(shí)際工程費(fèi)為29.45 萬(wàn)元/年，運(yùn)行費(fèi)用為 1.13 萬(wàn)元/年，年節(jié)約自來(lái)水費(fèi)87 600 元，年運(yùn)行費(fèi)用11 328 元，年收益76 272 元。

中水處理系統(tǒng)可有效地降低生活污水的排放量，處理后的中水可用于灌溉，減少城市污水處理壓力，大大降低了清潔水的使用量。中水處理系統(tǒng)的引入能使人轉(zhuǎn)變生態(tài)觀念，尊重自然，節(jié)約資源。

4 結(jié)語(yǔ)

中水處理技術(shù)能就地收集與利用污水，實(shí)現(xiàn)污水資源化，是開展節(jié)能減排的有效途徑。工業(yè)區(qū)采用MBR+臭氧消毒工藝來(lái)處理工業(yè)廢水，可節(jié)約投資，提高經(jīng)濟(jì)效益，綜合效益十分顯著。