膜生物反應(yīng)器處理煤間接液化廢水

　　膜生物反應(yīng)器(MBR)采用膜組件代替二沉池進行固液分離，污泥濃度可高達普通活性污泥法的3~4倍，污泥齡長，污泥負荷低，有利于降解廢水中各類有機污染物和氨氮，近年來被廣泛應(yīng)用于有機廢水處理、有機廢水脫氮等方面。

　　不同類型的膜組件處理印染等廢水的對比研究已有報道，但多為實驗室研究，應(yīng)用于煤化工廢水實際項目的案例較少。筆者以陜西某煤化工廢水處理項目為例，介紹了MBR工藝在煤間接液化廢水處理項目中的應(yīng)用情況，并對比了傳統(tǒng)簾式和海藻式膜生物反應(yīng)器的設(shè)計與運行參數(shù)，以期為同類工程提供參考。

　　1、工程概況

　　陜西某煤間接液化工業(yè)示范裝置以煤為原料，生產(chǎn)液化油品。該項目排放的生產(chǎn)、生活廢水經(jīng)污水處理裝置集中處理后再進行深度處理，大部分產(chǎn)水作為循環(huán)水站補水回用，深度處理產(chǎn)生的濃鹽水排入濃水處理裝置的蒸發(fā)結(jié)晶單元進行最終處理。

　　污水處理裝置主工藝采用多級A/O+MBR組合工藝，其中MBR單元分別采用傳統(tǒng)簾式和海藻式MBR系統(tǒng)，2套系統(tǒng)獨立運行，各占50%處理能力，處理水量均為370m3/h。

　　2、工程設(shè)計

　　2.1 進、出水水質(zhì)

　　裝置污水主要由氣化污水、合成高濃度污水、含硫污水等組成，廢水水質(zhì)、水量波動大，氨氮、有機物濃度高，并含有一定濃度的油、硫化物等。根據(jù)分質(zhì)分流的處理原則，各股廢水分別經(jīng)預(yù)處理后匯入調(diào)節(jié)池，后經(jīng)多級A/O+MBR工藝處理，出水進入回用水裝置進行軟化脫鹽。本項目污水出水要求在《黃河流域(陜西段)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB61/224―2011)一級標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上執(zhí)行更嚴格的控制指標(biāo)。進、出水設(shè)計水質(zhì)見表1。

　　2.2 工藝選擇

　　污水處理工藝流程如圖1所示。

　　2.2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

　　氣化污水硬度較高，影響后續(xù)工藝設(shè)備的運行，在初沉池前投加除硬劑，可去除水中的硬度和部分懸浮物。高濃度污水含有一定濃度的有機酸，首先進入中和池，投加堿液使廢水近中性，后經(jīng)渦凹、溶氣兩級氣浮除油，再經(jīng)UASB降解大部分有機物。含硫污水先經(jīng)溶氣氣浮除油，后經(jīng)化學(xué)沉淀法除硫化物(投加硫酸亞鐵溶液)。以上預(yù)處理后的3股廢水進入調(diào)節(jié)池均質(zhì)混合。

　　2.2.2 生化處理系統(tǒng)

　　該項目處理規(guī)模大，同時含有較高濃度的氨氮和COD，因此選用A/O變型工藝――多級A/O工藝作為生化工藝，該工藝可根據(jù)進水狀況靈活調(diào)節(jié)各段的回流比等參數(shù)，適合與后端的MBR池有機結(jié)合。

　　2.2.3 MBR系統(tǒng)

　　采用處理規(guī)模相同的傳統(tǒng)簾式和海藻式MBR2組系統(tǒng)，參數(shù)對比如表2所示。

　　傳統(tǒng)簾式MBR兩端固定在出水口，產(chǎn)水時通過抽吸泵產(chǎn)生的負壓作用，使混合液中的水往膜內(nèi)滲透，經(jīng)過膜的中空管收集，最后進入兩端的出水收集管中。由于它的膜絲比較穩(wěn)定，附著在膜絲上的生物不易被曝氣吹走，所以附著生物較多，可以更有效地去除污水中的各種有害物質(zhì)。

　　海藻式MBR則由底部固定在出水口、上部不固定的膜絲組件組成的。其主要特點是不固定的一端隨著曝氣的進行不停抖動，有利于去除膜表面污染物質(zhì)，尤其可避免頂部毛發(fā)纖維的纏繞，大大降低了膜的污染程度。且在膜單元中間曝氣，優(yōu)化了曝氣位置，減少了污泥在底部的沉積。

　　3、MBR單元主要設(shè)計參數(shù)

　　3.1 生化池

　　生化反應(yīng)池采用多級A/O工藝，其中一級O池停留時間67h，分2格，每格尺寸68.0m×60.0m×7.0m，有效水深6.2m，每格設(shè)5個廊道，污泥質(zhì)量濃度4g/L，池底設(shè)置旋流式曝氣器。

　　一級A池停留時間67h，分2格，每格尺寸68.0m×60.0m×7.0m，有效水深6.2m，設(shè)置推流式攪拌器共16臺，設(shè)2臺一級A池至一級O池的混合液回流泵，回流比200%。

　　二級A池停留時間12h，分2格，每格尺寸32.0m×22.0m×7.0m，有效水深6.2m，設(shè)置推流式攪拌器共4臺。

　　二級O池停留時間7h，分2格，每格尺寸20m×22m×7.0m，有效水深6.2m，污泥質(zhì)量濃度4g/L，池底設(shè)置旋流式曝氣器，配6臺從二級O池回流至一級A池的硝化液回流泵，回流比800%。

　　3.2 MBR設(shè)備間

　　為方便設(shè)備維護、管理，MBR池設(shè)置在MBR設(shè)備間內(nèi)。MBR設(shè)備間內(nèi)設(shè)置產(chǎn)水泵、反洗泵、污泥回流泵、曝氣風(fēng)機及膜清洗設(shè)備等。

　　膜池共設(shè)8格，其中海藻式MBR和傳統(tǒng)簾式MBR各設(shè)4組規(guī)格相同的膜池。單組膜池尺寸11.0m×3.2m×4.3m，有效水深3.4m。每組膜池安裝膜組件5套，共40套。每套膜組件過濾面積1500m2，總過濾面積30000m2。膜池設(shè)計平均膜通量13L/(m2?h)，最大時膜通量15L/(m2?h)，設(shè)計污泥質(zhì)量濃度8.0g/L。2套MBR系統(tǒng)共用1座產(chǎn)水池，尺寸16.0m×11.0m×4.3m，有效水深3.8m，停留時間0.9h。

　　每套膜池對應(yīng)1臺產(chǎn)水泵及污泥回流泵。其中產(chǎn)水泵采用臥式離心泵，變頻控制，以實現(xiàn)不同工況下產(chǎn)水量的靈活控制。海藻式MBR系統(tǒng)的產(chǎn)水泵流量比傳統(tǒng)簾式MBR系統(tǒng)大1倍，以實現(xiàn)定期大流量抽吸，去除膜絲頂部積累的空氣。與膜池一對一的污泥回流泵可以靈活控制各組膜池的回流量，以保證污泥濃度均勻，污泥回流比為400%。

　　傳統(tǒng)簾式和海藻式MBR各設(shè)1套反洗泵，變頻控制，反洗水采用產(chǎn)水池出水，反沖洗通量30~34L/(m2?h)。

　　傳統(tǒng)簾式MBR采用常規(guī)的連續(xù)曝氣，曝氣風(fēng)機采用2臺單級高速離心風(fēng)機(1用1備)，單臺風(fēng)機Q=141m3/min，p=50kPa，P=220kW。海藻式MBR采用間歇曝氣，即4組膜池依次曝氣，曝氣量占總風(fēng)量的25%，曝氣風(fēng)機采用2臺羅茨風(fēng)機(1用1備)，單臺風(fēng)機Q=83m3/min，p=50kPa，P=110kW。通過管路上設(shè)置的電動蝶閥控制每組膜池曝氣開閉。為避免曝氣管道上的銹渣進入膜池損壞膜絲，MBR曝氣管道均采用不銹鋼材質(zhì)，另風(fēng)機均采用無油風(fēng)機，避免帶入油分。

　　由于產(chǎn)水抽吸時會有空氣進入膜絲中，2套MBR系統(tǒng)在產(chǎn)水管頂部設(shè)置真空水射器定期抽吸去除積累的空氣，抽吸工況在每個產(chǎn)水周期前進行1次，持續(xù)時間10~30s。

　　采用檸檬酸和次氯酸鈉作為化學(xué)清洗劑，清洗方式均采用清水+化學(xué)藥劑，不同的是，傳統(tǒng)簾式MBR采用反洗泵作為清洗泵，而海藻式MBR單獨設(shè)置清洗水泵。2套膜系統(tǒng)分別設(shè)置檸檬酸及次氯酸鈉的清洗裝置各1套，分別供維護性清洗及恢復(fù)性清洗使用。所有清洗裝置單獨放置在MBR加藥間內(nèi)。恢復(fù)性清洗在膜池中進行，無需將膜組件吊出，減少了人工工作量。

　　MBR產(chǎn)水管均采用UPVC管，MBR曝氣管道采用不銹鋼(SS304)材質(zhì)，避免銹渣等雜質(zhì)進入系統(tǒng)，損壞膜絲。

　　4、運行效果

　　4.1 MBR的啟動調(diào)試

　　MBR系統(tǒng)正常運行的前提是前端A/O池活性污泥系統(tǒng)的成功啟動，一般建議膜池污泥質(zhì)量濃度>3g/L時再啟動產(chǎn)水程序。該裝置自2016年初開始調(diào)試運行，在A/O池分次投加某市政污水廠活性污泥，同時逐漸增加廢水比例，直至污泥質(zhì)量濃度增加至3g/L左右，廢水進入MBR系統(tǒng)并開始正常產(chǎn)水。

　　由于進水不含生活污水，因此工藝前端未設(shè)計配置膜格柵。運行一段時間后發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)簾式MBR的膜絲尤其是上部出水端纏繞了部分絲狀纖維等雜質(zhì)，分析原因認為，由于生化池調(diào)試時采用市政污水廠污泥作為接種污泥，其中混有較多絲狀物，纏繞在膜絲上難以分離。另外，由于生化池露天設(shè)計，池面漂浮的雜質(zhì)也會進入膜池，影響膜組件的運行。后期在生化池出水口設(shè)置1~2mm的人工篩網(wǎng)，并定期打撈生化池表面的雜物，并對膜組件進行離線人工清理，纏繞物的影響得以消除。而海藻式MBR的膜絲上未發(fā)現(xiàn)明顯的纏繞物，也體現(xiàn)了該膜結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。

　　4.2 實際進出水水質(zhì)

　　至今2套MBR系統(tǒng)運行良好。檢測常規(guī)進出水水質(zhì)如表3所示。

　　在進水COD、氨氮濃度較高且水質(zhì)波動較大的條件下，2套MBR系統(tǒng)均保持了較高的污染物去除率，MBR系統(tǒng)可截留生化混合液中的硝化菌及優(yōu)勢菌種，使生化系統(tǒng)維持在較高的污泥濃度下運行，保證了氨氮和有機物的去除效果。

　　相比傳統(tǒng)簾式MBR，海藻式MBR對總氮的去除效果更佳，這得益于該系統(tǒng)采用的循環(huán)曝氣模式，增加了缺氧反應(yīng)時間，但其氨氮去除率相對較低。傳統(tǒng)簾式MBR去除有機物的效果更佳。

　　4.3 清洗頻率對比

　　項目通過控制化學(xué)清洗的頻率，有效控制MBR膜污染?？偨Y(jié)運行經(jīng)驗后對清洗頻率進行推薦，結(jié)果見表4。

　　相比傳統(tǒng)簾式MBR，海藻式MBR維護性清洗頻率略高，這是由于該系統(tǒng)采用循環(huán)曝氣方式，膜曝氣擦洗空氣量較低，但曝氣的總體能耗更低。

　　2套系統(tǒng)的檸檬酸清洗頻率相比其他廢水較高，是因為氣化廢水所含硬度較高，經(jīng)分析，硬度以碳酸鹽為主，后期化學(xué)清洗通過輔助投加鹽酸以保證碳酸鹽的徹底去除。

　　4.4 MBR運行成本

　　相比化學(xué)清洗藥劑費用，MBR系統(tǒng)的運行成本主要體現(xiàn)在能耗上。傳統(tǒng)簾式MBR運行電費為0.57元/m3，而海藻式MBR運行電費為0.45元/m3，這是由于海藻式MBR采用間歇曝氣方式，選用的風(fēng)機功率更小。

　　5、結(jié)論與建議

　　將MBR工藝應(yīng)用于煤間接液化廢水處理，克服了廢水水質(zhì)波動大，COD、氨氮濃度高的影響，出水水質(zhì)優(yōu)良，完全滿足設(shè)計要求。其中，海藻式MBR受進水絲狀雜質(zhì)影響較小，去除總氮效果更佳，化學(xué)清洗頻率略高，總體運行能耗較低;傳統(tǒng)簾式MBR去除有機物的效果更佳，運行更穩(wěn)定。實際工程中應(yīng)根據(jù)進水水質(zhì)情況，結(jié)合投資、能耗等，綜合考慮選擇合適的膜組件類型。

　　考慮到煤化工廢水含有較高濃度的油、硬度、重金屬離子，前端預(yù)處理單元應(yīng)保證運行穩(wěn)定，避免對膜系統(tǒng)造成不可逆影響。應(yīng)根據(jù)進水水質(zhì)變化及時調(diào)整MBR運行參數(shù)及清洗周期。同時提高運營管理水平，堅持膜的定期清洗策略，使膜污染得到合理控制。今后需重點考慮MBR系統(tǒng)與生化處理的有機結(jié)合(如將硝化液回流與污泥回流合并)，采用更經(jīng)濟有效的MBR曝氣方式以減少能耗，并研發(fā)可用于煤化工廢水的親水性強、更耐污染的膜材料。(來源：博天環(huán)境集團股份有限公司)