MBR中控纖維膜生產廢水處理設計及工程應用

楊健雄

（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650000）

1 前言

隨著我國城市化進程及工業的加速發展，大量生活及工業污水流入江河、湖泊或地下水中，對水體造成嚴重污染，影響了漁業用水和生活用水，因而城市污水處理廠的提標改造工程應運而生。MBR超濾膜分離技術提供了一種解決方案，與傳統的污水處理方法相比，膜分離裝置取代了傳統的二沉池和三級處理工藝，從而獲得了高質量的出水，解決了傳統環保污水處理設備出水水質不能滿足中水回用要求的問題。目前，該技術主要應用于飲用水供水終端、地表水處理、海水淡化和污水回用等水質處理。

MBR膜組件的應用前景帶來了前所未有的生產擴張，導致大量生產廢水成為城市污水的重要組成部分。MBR中控纖維膜的生產廢水中有機物濃度高，生化性較差，直接排放至城市管道，對下游生活污水廠的運行帶來不利影響。本文主要通過水質調研、工藝設計、調試運行等幾方面論述MBR膜生產廢水的處理，使其可以達標排入城市管網。

2 水質情況調研

昆明某MBR膜企業，以PVDF為原料，生產中控纖維膜。廠區雨水、生活污水、生產廢水分類收集排放。生產廢水中含有高濃度的有機污染物，主要污染物為DMAC（二甲基乙酰胺）[1]，含有少量的PVA（聚乙烯醇）、PEG（聚乙二醇）等。通過對生產工藝水進行調查，其排水情況見表1。

表1 排水統計

通過對總排口水質連續監測，得到總排水數據，見表2。

表2 總排水水質數據

根據要求，生產廢水處理后達到《污水排入城市下水道水質標準》（CJ 3082-99），具體指標值見表3。

表3 總排水水質數據

3 廢水處理工藝設計

廢水中主要含有DMAC（N，N，二甲基乙酰胺）有毒難降解物質，水質檢測表明：排水屬于高濃度有機廢水，生化性較差。經取水監測，原有的水解酸化池經預處理后，污水生化性的改善效果不佳，進入好氧池中的污水含有不可降解的有機物濃度仍然較高，因而出水超標。結合污水特點及設計規范，高濃度污水前端采用UASB厭氧反應器[2]處理，在能去除COD的同時，提高了出水的生化性。通過后端A/O工藝可去除大量有機物，并同步去除了總氮，后端采用MBR膜組器進行過濾出水。經設計復核，在原有工藝基礎上，把水解酸化池改為調節池和沉淀池，新增UASB厭氧塔，其中把二沉池改為MBR膜反應器[3]，增加好氧時間，促進硝化反應，其工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3.1 UASB設計

UASB由污泥反應區、氣液固三相分離器（包括沉淀區）和氣室三部分組成。在底部反應區內存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。污水通過潛污泵提升至UASB厭氧反應塔中，底部采用穿孔補水管補水，使要處理的污水從厭氧污泥床底部流入，并與污泥層中的污泥進行混合接觸，使污泥中的厭氧微生物分解污水中的有機物，通過水解、酸化、產氣三個反應階段，把有機物轉化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式上升，碰撞合并，逐漸形成較大的氣泡并進入三相分離器后排出，經收集處理后再進行燃燒處理。沉淀至三相分離器的污泥沼著斜壁滑回厭氧反應區內，使反應區內積累大量的污泥。厭氧池出水進入沉淀池進行固液分離后，進入后端A/0+MBR處理單元。UASB反應器產生的污泥定期排入污泥貯池中，采用環衛車定期清運。UASB工藝流程如圖2所示。

圖2 UASB工藝流程圖

3.2 A/O+MBR設計

A/O即缺氧-好氧工藝，能有效降解有機物，且具有脫氮功能。原理是在好氧池鼓風條件下，使水中的氨氮在硝化細菌作用下轉化為硝態氮，再通過硝化液回流至缺氧池，使反硝化細菌把硝態氮轉化為氮氣排放，達到除氮的目的。MBR膜池用于尾端處理，膜能夠截住混合液中的活性污泥和大分子物質，并分離出清水，代替了傳統的二沉池，優點是占地小，自動化程度高，出水穩定。

UASB系統主要設計參數見表4。

表4 設計參數

本工程格柵井、調節池、UASB、沉淀池、缺氧池、好氧池、膜池，其中除地上UASB罐體外其他均為地埋式鋼筋混凝土結構。以總進水60方/天計算，各單體停留時間見表5。

表5 各單體停留時間

4 工藝調試

4.1 UASB系統調試

投加厭氧污泥為啤酒廠厭氧段脫水前的污泥，采用罐車投加，投加量為20 m3，預計COD的濃度為2 000 mg/L左右。培養污泥階段包括微生物的選擇、馴化直至最終的顆粒化。這一階段的進水水力負荷及有機負荷逐步提高直至最終的設計負荷，可分為5個負荷階段提高，分別是從2.0 kg/m3·d，4 kg/m3·d，6 kg/ m3·d，8 kg/ m3·d，直至達到設計負荷。進水量每次變動應穩定運行6～8天，或每個負荷階段處理率達到80%左右時進入下一負荷階段。UASB系統調試成功后，再進行A/O+MBR的調試。

UASB整個系統的調試時間為50天，檢測MLSS約為7 000 mg/L，污泥呈黑色，SV30約50%，污泥形狀良好；觀察產氣量較大。系統運行穩定后，連續監測3天進出重要水質，平均指標見表6。

表6 UASB進出水水質

4.2 A/O+MBR組合工藝調試

間歇培養生化污泥：好氧池重新進入2/3有效容積的污水并投入適量菌種接種，接種物為城市污水處理廠的活性污泥或相關廢水處理廠的活性污泥。通入污水的同時開動鼓風機，鼓風機必須連續供氣，不能間斷。控制池液溶解氧在2 mg/L左右。悶曝1～2天后靜止1～2 h，排出1/2的上清液。然后通入部分新污水，再次悶曝。如此循環進行間隙培養污泥，每個周期檢查污泥濃度一次。悶曝期間要間隙開啟膜池至缺氧池的混合液混流泵，回流量控制在40%左右。

連續培養：當曝氣池內有一定的活性污泥時（約1 000 mg/L）可以連續培養。連續培養開始時采用小流量的連續進水和出水。當活性污泥濃度約為1 500～4 000 mg/L，且出水水質達標后才可調整出水量，出水量達到額定值后可轉入正常運行。最佳污泥濃度為5 000～8 000 mg/L。

5 運行數據統計分析

本項目生活污水膜池初始投泥濃度為2 000 mg/L，運行水溫為15～20 ℃時，正常運行時監測MLSS為5 210 mg/L，SV3035%，連續三天監測總進水、總排口出水及UASB出水，見表7。

從表7可以看出，（1）總進水水質指標較為穩定，基本和設計初期調研數值吻合，設計和實際相吻合，污水站運行也趨于穩定；（2）UASB厭氧塔對高濃度有機廢水有較好的處理效果，處理效果接近80%，結合表6可以發現UASB對總氮去除率較低，對氨氮會略微增加；（3）總排口水質滿足處理后達到《污水排入城市下水道水質標準》（CJ 3082-99）。

表7 總進水、總排口出水及UASB出水質

6 結論與建議

（1）采用UASB+A/O+MBR組合工藝處理高濃度含DMAC有機廢水，總排口水質處理后滿足《污水排入城市下水道水質標準》（CJ 3082-99）。

（2）尾端出水采用MBR工藝，出水SS濃度低、水質透明，優于國家一級A標準；

（3）UASB厭氧塔對DMAC有機廢水預處理較為有效，COD的去除率接近80%，BOD5的去除率為60%左右，且提高了出水的生化性。

（4）考慮到A/O+MBR池的污水生化性B/C約為0.3左右，生化性不是太高，如果把廠內生活污水混入生產廢水，能整體提高進水的生化性，出水水質應該會更好。