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膜生物反应器(MBR)及其在印染废水处理中的应用

来源:网站作者:姚平浏览数:34 

膜生物反应器(MBR)及其在印染废水处理中的应用

姚平

【摘要】主要介绍了膜生物反应器的定义、分类和特点及其在印染废水处理中的应用现状。研究表明,使用膜生物反应器对毛纺织印染废水进行处理,出水水质基本能够达到生活杂用水水质标准。

【关键词】膜生物反应器;印染废水;废水处理

1膜生物反应器简介

膜生物反应器(membranebioreactor,简称MBR)是一种高效膜分离技术与活性污泥法相结合的新型水处理技术。中空纤维膜的应用取代活性污泥法中的二沉池,进行固液分离,有效的达到了泥水分离的目的。充分利用膜的高效截留作用,能够有效地截留硝化菌,完全保留在生物反应器内,使硝化反应顺利进行,有效去除氨氮,避免污泥的流失,并且可以截留一时难于降解的大分子有机物,延长其在反应器的停留时间,使之得到最大限度的分解[1]。

2   MBR的分类

MBR利用膜分离组件实现废水生物处理后污泥与水的分离,膜分离组件主要有微滤(MF)、超滤(UF)和纳滤(NF)三种,根据不同的需要可以进行相应的选择。按照膜组件在生物反应器中所起的作用,MBR可分为三类:膜分离生物反应器、膜曝气生物反应器和萃取膜生物反应器。在污水处理中,尤其是工业废水处理中主要使用的是膜分离生物反应器。按照膜组件与生物反应器的组合位置,MBR可分为分置式MBR和一体式MBR两种,其中分置式有助于设备的清洗、更换、增设,但泵的高速旋转对某些菌种会产生失活作用;一体式不使用泵,可省掉循环用管路配置,但膜清洗较为困难,膜污染问题较难解决[2]。

3  MBR的特点

MBR利用膜的高效固液分离作用代替了传统活性污泥法中的二沉池,克服了污泥膨胀等问题,其主要工艺特点如下:

(1)污染物去除率高,出水浊度很低,出水可直接回用于市政绿化、工业冷却水等,且设备占地小;(2)能将所有的微生物截留在生物反应器内,与活性污泥法相比,可使反应器中的生物浓度提高5~10倍,实现反应器水力停留时间和污泥泥龄的完全分离,可提高难降解有机物的降解效率;(3)生物反应器中的微生物浓度高,耐冲击负荷;(4)反应器在低F/M下运行,剩余污泥量少,无污泥膨胀现象,对氮、磷等的去除效率高;(5)传质效率高,氧的转移效率高达60%左右;(6)泥龄可实现无限长,硝化能力强;(7)设备占地面积小,工艺集中,易于操作管理;(8)使用过程中存在的膜污染问题,一定程度上制约了膜生物反应器的应用[3]。

4印染废水的来源及特征

纺织工业的加工对象以棉、毛、丝绸、化纤等为主,每一种加工对象都有特殊的加工工艺及相应的浆料、染料、助剂。如棉织物工业废水主要来自退浆、煮练、漂白、丝光、染色、印花等工序;而毛纺织工业废水主要来自洗毛、染色、预缩工序。因此纺织工业污水中含有棉、毛及纺织品上洗脱的油类、脂类、盐类和纤维素,以及在加工过程加入的各种浆料、染料、表面活性剂、助剂、酸、碱、盐等,这类污水的成分比较复杂,具有很高的COD(化学需氧值),对人类的健康和环境造成极大地危害。

印染废水存在的主要问题是:水量大,成分复杂,生物难降解物多,脱色困难,运行费用高等。印染废水主要来自退浆、煮练、漂白、丝光、染色、印花、整理工序。正是这些决定了印染废水具有以下特点:(1)色度大、有机物含量高;(2)水质变化范围大;(3)pH值变化大;(4)水温水量变化大。

5MBR在印染废水处理中的应用

中国科学院生态环境研究中心的郑祥,刘俊新研究了厌氧反应器与好氧MBR组合工艺处理毛纺印染废水的试验[4]。

试验系统主要由高位水箱、厌氧反应器、好氧反应器、膜组件单元及曝气单元组成,废水为某毛纺厂污水站经过0.5mm筛板筛虑后的毛纺印染废水,该废水组分复杂,含有染料、染化助剂、毛料漂染过程产生的各种污染物,实验结果表明:COD的去除率平均达80.3%,出水COD平均值为37mg/L,对BOD5去除率平均达95%,而采用常规生物处理工艺对COD去除率平均为42%,出水的色度一般可保持在20倍左右,色度的平均去除率达59%,在系统稳定运行期间生物反应器内污泥的VSS/SS基本无变化,说明系统内没有明显的无机物积累。

西安工程大学环境与化工学院的同帜等研究了A/OMBR(一体式)系统处理印染废水[5],试验主要对印染废水的生物处理进行改进,在核心单元氧化池中引入膜组件,组成一体式MBR系统,省去了传统生物处理依靠重力的固液分离系统,减少了基建投资,同时为提高印染废水的可生化性,利于后续MBR的处理,在好氧MBR处理单元前加入了厌氧水解酸化单元,组成了A/OMBR(一体式)处理系统,经处理后可使印染废水达到标准排放。实验表明:实验中A/OMBR(一体式)系统最佳运行条件为HRT=9-10h,DO=2-3g/L,该系统在最佳的运行条件下可使印染废水的COD≤100mg/L,最小可以达到21.80mg/L,色度=2-16倍,浊度≈0,SS≈0,pH=7-8.5;该处理系统费用低、效果好,其中A/O系统可提高印染废水的可生化性,利于后续MBR的处理,最终可使印染废水实现达标排放。

6  MBR在印染废水处理应用中的展望

未来MBR工艺的应用及其在印染废水处理方面的发展,与我国印染行业的变化有很大的关系。当前及未来较长一段时间内,我国印染行业的行业规模越来越大,废水产量也将随之增大;废水中新型助剂、染料等大量存在,可能会导致难降解有毒有机物组分的含量也越来越多。因而MBR技术的研究将集中在:(1)膜污染机理的研究和预防,保持膜通量的基础上降低运行和维护成本;(2)新型膜材料的研究和开发;(3)自动化程度的进一步提高等。

膜技术作为21世纪最有前景的水处理技术,将有着更加广泛的发展前景,未来MBR处理印染废水的研究将呈现以下几种趋势:(1)由于MBR技术对印染废水处理有较强的适用性,MBR工艺处理印染废水的研究和应用将越来越多。(2)多样化的组合工艺与MBR工艺组合处理印染废水,可弥补MBR技术不足,充分发挥其作用。单独采用MBR工艺处理印染废水也将会是未来研究的一个新方向。(3)MBR技术处理印染废水将会更多地应用到实际工程中,小处理量的成型MBR设备将会出现,并被推广应用于小型分散型印染企业。(4)深入研究MBR处理印染废水过程中的污染情况,预防和降低膜污染,促进MBR在印染废水处理中的应用。(5)更多的社会科研机构和个人将会参与MBR技术处理印染废水的研究。

MBR作为一种较新的印染废水处理系统,由于其诸多优点而得到广泛的研究和应用。印染废水的特点与MBR工艺有着良好的切合点,随着MBR技术研究的发展和印染行业清洁生产的倡导,采用MBR技术处理印染废水将会有良好的应用前景,其对印染行业清洁生产的实现也将作出重要贡献。

参考文献

[1]徐静,徐高田,秦哲等.膜生物反应器在印染废水处理中的应用[J].工业水处理,2007,27(4):5.

[2]马皆文,张雁秋,华素兰.MBR的工艺优势及应用发展[J].能源环境保护,2005,19(2):20-23.

[3]吕红涛,于奕峰,王广玉等.膜技术在印染废水处理中的应用[J].河北化工,2005,28(5):66-68.

[4]郑祥,刘俊新.厌氧反应器与好氧MBR组合工艺处理毛纺印染废水试验研究[J].环境科学,2004,25(5):102-105.

[5]同帜,赵惠珠,安永峰等.A/OMBR(一体式)系统处理印染废水[J].水处理技术,2006,32(9):60-62.