化工废水深度处理(lǐ)MBR+RO组合工艺

化工废水一般具有(yǒu)可(kě)生化性差、高盐等特点，若直接进入生化系统，会给生化处理(lǐ)带来很(hěn)大难度，难以实现达标排放。

膜生物(wù)反应器(membrane bioreactor，MBR)具有(yǒu)污泥龄長(cháng)、运行稳定、水力剪切力大、F/M值(供给污泥的食料与污泥质量比)较小(xiǎo)等特点，其微生物(wù)群落结构与传统活性污泥有(yǒu)很(hěn)大不同。MBR可(kě)凭借其优良的微生物(wù)菌體(tǐ)截留能(néng)力，实现多(duō)种难降解有(yǒu)机物(wù)的有(yǒu)效去除。反渗透膜(RO膜)在废水处理(lǐ)中常用(yòng)作脱盐处理(lǐ)的主要单元，RO膜几乎能(néng)去除水中全部溶解性物(wù)质和微生物(wù)，产生优1质回用(yòng)水。研究表明，水中的Ca2+，Mg2+等无机物(wù)和硅类有(yǒu)机物(wù)容易在RO膜表面形成沉积物(wù)。膜集成工艺可(kě)以使系统中不同的水处理(lǐ)方法在各自适合的工况下发挥大的效率，产生遠(yuǎn)胜于单个处理(lǐ)单元的佳效果。

目前，國(guó)内关于采用(yòng)MBR+RO膜集成工艺深度处理(lǐ)废水再生利用(yòng)的报道较少。本研究以经过混凝沉淀+A2/O处理(lǐ)后的某工业园區(qū)化工废水為(wèi)研究对象，采用(yòng)MBR+RO集成膜工艺进行深度处理(lǐ)，实现再生利用(yòng)，分(fēn)析了MBR+RO系统的处理(lǐ)性能(néng)，考察了MBR膜和RO膜的污染情况，研究了系统能(néng)耗，為(wèi)MBR+RO组合工艺深度处理(lǐ)及再生利用(yòng)化工废水提供技术支持。

1、实验过程

1.1 工艺流程

MBR+RO组合工艺流程如图1所示。废水经过混凝沉淀+A2/O常规处理(lǐ)后进入MBR+RO组合工艺进行深度处理(lǐ)，MBR出水作為(wèi)RO的进水。MBR系统主要包括膜池和MBR膜组件，RO系统主要包括增压泵、保安过滤器、高压泵以及RO膜组件，经过RO膜组件后的浓缩液被直接排放。

1.2 用(yòng)水水质

化工园區(qū)以化工企业為(wèi)主，对各个化工企业排入园區(qū)污水管道的废水要严格执行國(guó)1家颁布的《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T31962—2015)和《污水综合排放标准》(GB8978—1996)，凡不符合排污要求的企业必须在厂内对废水进行预处理(lǐ)，达到要求后方可(kě)排入园區(qū)污水管网。化工园區(qū)废水呈碱性，色度、含盐量、NH+4-N和COD浓度均较高，BOD/COD<0.1，属于难生化降解性水质，废水水质如表1所示，废水经过常规处理(lǐ)后可(kě)作為(wèi)组合工艺MBR+RO的进水。

1.3 膜组件性能(néng)参数及运行条件

中试研究采用(yòng)的MBR膜组件和RO膜组件的性能(néng)参数及运行条件如表2和表3所示。

采用(yòng)的MBR膜面积為(wèi)40m2，在10～15L/(m2·h)膜通量条件下运行，MBR膜组件产水量為(wèi)400～600L/h，将MBR膜池出水作為(wèi)RO膜进水，操作压力不超过1.5MPa，设定回收率不低于70%，则RO膜产水量為(wèi)280～420L/h，浓水排放量為(wèi)120～180L/h。

1.4 检测方法

MBR出水污泥密度指数(SDI)，亦称污染指数，以评价其作為(wèi)RO进水的可(kě)行性。根据式(1)计算SDI：

式中：t0為(wèi)初始时收集500mL水样所需要的时间，s;tT為(wèi)经过T时刻后收集500mL水样所需的时间，s;T為(wèi)过滤时间，min。

计算RO膜的渗透系数(β)，用(yòng)以评价RO膜的渗透性，反映膜污染的变化特征。根据式(2)计算β：

式中：β為(wèi)渗透系数(25℃)，L/(min·MPa);Q為(wèi)RO膜渗透流速，L/min;ν為(wèi)25℃时水的黏度校正系数;P為(wèi)RO膜进水端和浓水端的平均压力，MPa。

COD，SS，NH+4-N，TP及色度、含盐量、硬度均采用(yòng)國(guó)标方法测定，pH值采用(yòng)pH计(上海PHS-3C)进行测定。

2、结果与讨论

2.1 污染物(wù)去除效果及分(fēn)析

2.1.1 COD去除效果及分(fēn)析

不同工艺出水COD变化情况如图2所示。原水COD质量浓度平均值為(wèi)(450±100)mg/L，可(kě)生化性差。采用(yòng)混凝沉淀预处理(lǐ)，可(kě)有(yǒu)效减少下游生化处理(lǐ)的有(yǒu)机负荷。A2/O生化处理(lǐ)工艺运行稳定，厌氧池的水解酸化作用(yòng)可(kě)有(yǒu)效提高废水的可(kě)生化性，经过好氧池，有(yǒu)机物(wù)进一步降低，出水COD浓度平均值為(wèi)(90±18)mg/L，达不到再生水用(yòng)作工业用(yòng)水水源的水质标准。经过MBR膜过滤，将非溶性有(yǒu)机物(wù)和活性污泥截留在生化池中，进一步降低了出水COD的浓度，达到再生水回用(yòng)标准。进一步经过RO膜过滤，产水COD的质量浓度可(kě)降到5mg/L左右。这说明对于难生化降解的化工废水，经过常规处理(lǐ)很(hěn)难达到回用(yòng)标准;经过MBR+RO组合系统进行深度处理(lǐ)，能(néng)够有(yǒu)效去除COD，达到工业用(yòng)水水源标准。

2.1.2 SS去除效果及分(fēn)析

不同工艺出水水质SS的变化情况如图3所示。原水SS质量浓度平均值為(wèi)(45±6)mg/L。经过常规处理(lǐ)阶段，出水SS质量浓度平均值為(wèi)(25±3)mg/L，达到再生水用(yòng)作工业用(yòng)水水源的水质标准。在常规处理(lǐ)过程中，混凝具有(yǒu)很(hěn)好的去除SS的效果，但经过A2/O工艺，SS略有(yǒu)升高，这是因為(wèi)经过生物(wù)处理(lǐ)出水中带有(yǒu)少量污泥造成的。经过MBR膜过滤，将活性污泥截留在生化池中，进一步降低了出水SS的质量浓度;经过RO膜过滤，产水SS质量浓度可(kě)降到1mg/L以下。经过MBR膜及RO膜过滤，出水清澈透明，膜出水浊度<0.2NTU。这说明，经过MBR+RO组合系统进行深度处理(lǐ)，能(néng)够有(yǒu)效去除SS，达到工业用(yòng)水水源标准。

2.1.3 氨氮去除效果及分(fēn)析

不同工艺出水水质氨氮的变化情况如图4所示。原水氨氮质量浓度较低，平均值為(wèi)(9±3)mg/L，已满足再生水用(yòng)作工业用(yòng)水水源的水质标准。经过常规处理(lǐ)阶段，出水氨氮质量浓度小(xiǎo)于5mg/L;经过MBR膜过滤、降解氨氮等污染物(wù)，进一步降低了出水氨氮的质量浓度;经过RO膜过滤，产水氨氮质量浓度可(kě)降到2mg/L以下。原水氨氮质量浓度较低，经过MBR+RO组合系统进行深度处理(lǐ)，能(néng)够进一步有(yǒu)效去除氨氮，这说明MBR+RO组合工艺能(néng)有(yǒu)效降低氨氮的浓度。

2.1.4 TP去除效果及分(fēn)析

不同工艺出水水质TP的变化情况见图5。原水TP质量浓度平均值為(wèi)(2.5±0.5)mg/L，经过常规处理(lǐ)阶段，由于A2/O工艺的较强除磷效果，出水TP质量浓度降低至(1.5±0.3)mg/L，但不满足工业用(yòng)水水源的水质标准;经过MBR膜过滤及微生物(wù)的分(fēn)解作用(yòng)，出水TP质量浓度仍保持在1.5mg/L，此过程对于低浓度的TP基本没有(yǒu)去除作用(yòng);经过RO膜过滤，产水TP质量浓度可(kě)降到0.8mg/L左右，满足工业用(yòng)水水源的水质标准。经过MBR+RO组合系统进行深度处理(lǐ)，特别是RO膜的反渗透过滤作用(yòng)，能(néng)够进一步有(yǒu)效去除TP。

2.1.5 色度去除效果及分(fēn)析

不同工艺出水水质色度的变化情况如图6所示。原水色度平均值為(wèi)(175±25)倍，经过常规处理(lǐ)阶段，出水色度降低至35倍左右。经过MBR膜过滤及微生物(wù)的分(fēn)解作用(yòng)，出水色度进一步降低至25倍左右，去除效果不是很(hěn)明显。这是由于废水中的色度主要是由于溶解性的污染物(wù)引起的。经过RO膜过滤，产水色度可(kě)降到8倍左右，出水清澈透明，出水浊度<0.2NTU，满足工业用(yòng)水水源水质标准。经过MBR+RO组合系统进行深度处理(lǐ)，特别是RO膜的反渗透过滤作用(yòng)，能(néng)够进一步有(yǒu)效去除色度。

2.1.6 溶解性总固體(tǐ)(TDS)去除效果及分(fēn)析

不同工艺出水TDS的变化情况如图7所示。原水TDS平均值為(wèi)(2700±500)mg/L，经过常规处理(lǐ)阶段，TDS的去除效果有(yǒu)限，出水TDS仍高达(2400±450)mg/L;经过MBR膜过滤作用(yòng)，出水ρ(TDS)≥2000mg/L;而RO膜对TDS有(yǒu)很(hěn)好的截留作用(yòng)，去除了大部分(fēn)的TDS，RO出水TDS降到50mg/L以下。RO膜的反渗透过滤过程為(wèi)脱盐的主要环节，表明RO膜的脱盐能(néng)力强。

2.1.7 系统总體(tǐ)去除性能(néng)评价

原水在经过常规处理(lǐ)后，COD，TP及含盐量不能(néng)满足再生水用(yòng)作工业用(yòng)水的水质标准。MBR膜可(kě)进一步截留分(fēn)解部分(fēn)污染物(wù)，RO膜对所有(yǒu)的污染物(wù)均有(yǒu)很(hěn)强的截留能(néng)力，出水中的离子浓度已相当低了。从检测指标可(kě)以看出，RO系统出水水质完全可(kě)以满足城市污水再生利用(yòng)工业用(yòng)水的水质标准。

2.2 MBR膜和RO膜污染情况及分(fēn)析

2.2.1 MBR膜本系统

从开始产水运行之日起，连续运行60天，MBR膜跨膜压差(TMP)和通量变化如图8所示。结果表明，在运行初期，MBR膜通量為(wèi)7.5L/(m2·h)，TMP由开始时的4kPa逐渐增大，稳定在7kPa左右;当膜通量瞬间提高到15.0L/(m2·h)后，TMP也迅速提高到16kPa，稳定4天后进一步增大，最终稳定在18kPa左右，直到运行结束。

在稳定的膜通量条件下，跨膜压差基本稳定，处于低压状态，说明在此运行期间没有(yǒu)发生严重的膜污染情况。

2.2.2 RO膜

污泥密度指数(SDI)通常用(yòng)来表征RO过滤水中颗粒物(wù)和胶體(tǐ)的含量，RO和NF一般要求原水SDI小(xiǎo)于5。中试期间，测得MBR出水SDI平均值小(xiǎo)于4，可(kě)完全满足RO原水的要求，这说明MBR工艺用(yòng)于RO膜的前处理(lǐ)是完全可(kě)行的。

RO膜的渗透性可(kě)采用(yòng)标准化的渗透系数来表示。渗透系数指示了RO膜的渗透特性，反映出膜污染的特征变化。运行期间RO膜产水量稳定在280～420L/h，产水压力稳定在1.0MPa，渗透系数保持在4L/(min·MPa)，这说明RO膜在运行期间没有(yǒu)发生污染，系统运行稳定。

2.3 系统能(néng)耗分(fēn)析

中试采用(yòng)“混凝沉淀+A2/O+MBR+RO”的组合式工艺流程，设备累计运行60天，运行费用(yòng)主要為(wèi)耗電(diàn)费。本次中试处理(lǐ)设备单位水量電(diàn)耗為(wèi)1.890kW·h，吨水药剂费為(wèi)0.005元。

目前，生活污水的MBR处理(lǐ)吨水能(néng)耗為(wèi)0.450～0.910kW·h，比常规工艺处理(lǐ)同类污水的吨水能(néng)耗(0.240～0.370kW·h)高出1倍～2倍。北京清河再生水厂采用(yòng)A2/O+MBR工艺，系统研究了污水处理(lǐ)厂的能(néng)耗，其平均吨水能(néng)耗為(wèi)(0.920±0.130)kW·h。本次中试研究在深度处理(lǐ)中加入了RO反渗透膜，使出水达到了回用(yòng)标准。虽然难处理(lǐ)的化工废水会相应增加运行费用(yòng)，使得整个工艺的吨水電(diàn)耗达到1.890kW·h，但高性能(néng)的回用(yòng)水取代新(xīn)鲜水(工业园區(qū)工业用(yòng)水水费7.87元/t)，又(yòu)降低了企业的运行成本，更有(yǒu)利于地區(qū)节约水资源。此外，本次中试研究生化系统及膜池污泥的质量浓度為(wèi)3500～5000mg/L，试验过程中没有(yǒu)排泥，比传统活性污泥法的污泥产率低，实现了污泥减量化，减少了污泥处置费用(yòng)。影响膜生物(wù)反应器能(néng)耗的主要因素是膜污染，本次中试由于进行了系列前处理(lǐ)，因而没有(yǒu)出现严重的膜污染，也相应降低本研究的能(néng)耗。

3、结论

1)化工废水经过混凝沉淀+A2/O工艺常规处理(lǐ)后进入MBR+RO组合工艺再进行深度处理(lǐ)，可(kě)有(yǒu)效去除废水中的污染物(wù)，出水水质可(kě)达到城市污水再生利用(yòng)工业用(yòng)水标准。

2)MBR工艺用(yòng)于RO膜的前处理(lǐ)是完全可(kě)行的，运行期间没有(yǒu)发生严重的膜污染，MBR膜及RO膜污染可(kě)得到有(yǒu)效控制。

3)将MBR+RO组合式工艺用(yòng)于化工废水回用(yòng)的技术途径完全可(kě)行，高性能(néng)的再生水可(kě)有(yǒu)效降低企业的运行成本，节约水资源。

4)本研究还有(yǒu)一些不足之处：由于化工园區(qū)废水处理(lǐ)难度较高，為(wèi)实现较好的运行效果，需要严格控制装置运行参数。下一步可(kě)在保证组合系统运行稳定及出水达标的前提下，探索更加节能(néng)高1效的运行参数，优化清洗膜污染的有(yǒu)效方法。