膜生物反應器結合臭氧工藝在工業區 水回用處理中的應用

蔡 鑫

（濟南市市政工程設計研究院（集團）有限責任公司，濟南 420079）

隨著工業的快速發展，大量工業廢水肆意排放帶來了嚴重的水污染問題。膜生物反應器是一種將生物膜法和膜分離技術相結合的污水處理新工藝，具有適應性強、處理效果好、水力與污泥停留時間可分別控制等優點，以其獨特的優勢在污水處理中的應用范圍不斷擴大。臭氧是一種強氧化劑，廣泛應用于污水處理中，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，臭氧產生的氧化產物會從氧化劑表面脫落，催化劑對水中的臭氧進行催化，達成氧化反應。臭氧氧化技術是指在催化劑作用下增強臭氧的氧化能力，達到去除有機物的良好效果。膜生物反應器與臭氧工藝結合在工業區廢水回用中具有良好的效果。研究新工藝在工業區的回水處理應用具有重要的現實意義。

1 膜生物反應器簡介

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

1.1 MBR 的技術優勢

MBR 技術優勢主要體現在出水水質好、工藝參數易于控制、占地面積小等方面。膜組件取代二沉池可使生物反應器內獲得更多的生物濃度，通過膜分離裝置獲得的水質很好，膜的高截流作用使微生物完全截留在反應器內，反應器內可控制較長的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間，反應器在長泥齡下運行，實現基本無剩余污泥排放。膜分離單元不受污泥膨脹等因素影響，便于管理。

1.2 MBR 研究熱點問題

膜污染是指膜的微粒或溶質分子與膜發生物理化學作用，使某些溶質引起膜表面及膜孔內吸附，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階段：一是腐殖質與其他微生物代謝產物等大分子物質在膜面吸附，進水微生物中黏附速度快的細胞形成初期黏附；二是生物污染的最終形成階段，因后續大量菌種的黏附，加劇微生物的繁殖，此階段生物膜趨于穩定。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。

2 臭氧工藝技術

2.1 臭氧催化氧化反應機理

臭氧催化氧化技術是近年來迅速發展的新技術，主要為克服單純臭氧氧化技術利用率較低的缺陷，臭氧催化氧化技術利用催化劑，利用較強的氧化性實現對水中有機污染物的處理，一些穩定性較高的有機物被臭氧氧化分解，提高了臭氧氧化反應效率。

均相催化氧化技術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，增強對有機物的去除效果。均相臭氧催化氧化反應機理為水體中離子促進臭氧分解，通過氧化分解難降解的有機物，水體中離子與有機物發生絡合被氧化。

非均相催化氧化反應是指可在水體與催化劑中同時進行的反應，有機污染物被吸附在臭氧表面，發生氧化反應。臭氧在水中溶解，形成游離態，在催化劑作用下與水中的有機污染物發生氧化反應，此過程為非吸附狀態下的氧化反應。非均相催化氧化技術的優點是催化劑流失少，不會對水資源造成二次污染[2]。

2.2 臭氧在廢水處理中的應用

工業廢水的臭氧處理設施是指臭氧發生量高于0.5 kg/h 的系統，它幾乎能處理所有類型的廢水。與飲用水臭氧化系統相類似，很多臭氧發生器工業應用中，能耗被是重要的經濟指標，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置于生物降解系統中的化學氧化前，工業廢水臭氧氧化系統中，廠家常用的氣液接觸器是鼓泡塔反應器，很多反應器在加壓狀態下運行，以提高工藝效率。

3 MBR+臭氧工藝在工業區水回用中的應用

3.1 工程概況

某項目位于工業區，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。系統生產污水水源按化糞池出水進行設計，生產廢水主要指標限定為：COD ≤350 mg/L，NH3-N ≤30 mg/L，BOD ≤200 mg/L，pH 值6 ～9。設計將項目園區部分生產污水進行深度凈化處理，處理后水質達到《城市污水再生利用 城市雜用水水質》（GBT18920-2002）標準。

根據生產使用安全衛生等要求，合理安排建筑物、工程管線與綠化等設施平面位置。主要構筑物為調節預處理池、清水池及設備間。工藝管線采用埋地式與沿管溝敷設，控制電纜采用地下電纜溝敷設。

根據項目處理水質目標，從節省占地、方便后期運行等方面考慮，采用膜生物反應器處理工藝。

3.2 工藝選擇與施工

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

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

MBR 主要作用是生物反應去除COD、氨氮污染。采用地下式砼結構。設計有效池容40 m3，控制水深3.5 m。主要設備為：混合污水回流泵，Q=12 m3/h，N=1.5 kW，H=12 m；三葉茨鼓風機，風量7.2 m3/min，功率6 kW，風壓39.2 kPa；自吸泵消毒池，用于殺滅水中的致病細菌，設計有效池容4 m3。此外，主要設備還有臭氧發生器。

3.3 技術優勢

本系統土建工程多屬于特種結構，對裂縫寬度等控制嚴格，對施工單位施工能力要求較高。構筑物采用C25 防水混凝土。

構筑物施工完畢后必須嚴格按《給排水構筑物施工驗收規范》進行試驗，滲水量不得超2 L/（m2·d）。污水處理站設有電控柜，與消毒設備控制柜，污水處理站內所有用電設備、泵類設備可通過液位控制自動運行。

3.4 運行效果與價值

膜生物反應器污水處理技術使用膜組器替代沉淀池，混合液通過膜進行固液分離。主要優勢是出水水質穩定，處理效果良好，污泥排放量比傳統工藝減少三分之二，自動化程度高，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量，明顯降低了污泥處理費用。實際應用期間，不用設立過濾等固液分離設備，系統占地面積縮減，易于實現運行管理自動化。

膜生物反應器系統占地面積僅為傳統工藝的50%左右。經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，完全滿足設計要求。經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。項目按設計圖紙進行招標來組織施工，運行結果表明，安裝調試費等實際工程費為29.45 萬元/年，運行費用為 1.13 萬元/年，年節約自來水費87 600 元，年運行費用11 328 元，年收益76 272 元。

中水處理系統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。中水處理系統的引入能使人轉變生態觀念，尊重自然，節約資源。

4 結語

中水處理技術能就地收集與利用污水，實現污水資源化，是開展節能減排的有效途徑。工業區采用MBR+臭氧消毒工藝來處理工業廢水，可節約投資，提高經濟效益，綜合效益十分顯著。