新型膜生物反应器处理印染废水研究进展

常昊琳，王晓珍，李 萍

（辽宁石油化工大学, 辽宁 抚顺 113001）

膜生物反应器将传统的生物处理废水法和现代膜分离技术有机结合在一起，是一种能高效处理废水并提高水质的仪器[1]。我国作为印染纺织大国，如何有效的处理成分复杂的印染废水[2]是目前水处理一大难题。目前，国内外许多学者都在研究膜生物反应器处理印染废水，本文介绍的是几种新型膜生物反应器处理印染废水的研究现状及进展，如：海藻式膜生物反应器、生物铁式膜生物反应器、填料式膜生物反应器等，并对今后的发展方向提出了建议，以期为相关研究提供参考。

1 处理印染废水的新型膜反应器

膜生物反应器主要是利用生物膜的截留作用达到去除污染物的目的，然而传统的膜生物反应器极易受到污染，且极难清洗，处理效率不理想，针对以上的种种缺点，特研制出了以下几种新型膜生物反应器。

1.1 海藻式膜生物反应器

传统的帘式膜生物反应器体形稳定,不易损坏，但膜上的污染物不易去除，海藻式膜生物反应器因为有自由端会自动去除膜丝表面的污染物，近年来有相关研究。陈强[3]等采用了混凝沉淀-膜生物反应器对实际印染废水进行处理。新型海藻式膜生物反应器的材料为聚偏氟乙烯中空纤维膜，运行结果表明，MBR进水COD、BOD含量平均值分别为1 607、1 339 mg/L，5 d后，膜出水COD、BOD始终稳定在160、78 mg·L-1左右；进水浊度在 17～35NTU 变动，出水浊度在 0.3 NTU左右，但在生物处理过程中会出现浊度突然升高的现象；进水色度约为 300 倍，海藻式 MBR 对色度去除率为 91.4%。研究还表明海藻式膜生物反应器具有较强的耐冲击负荷能力。刘久清[4]等人以华纶印染公司的印染废水作为研究对象，对比了天津膜天公司传统帘式和新型海藻式两种聚偏氟乙烯(PVDF)膜生物反应器的处理效果，作者考察了膜负压、色度、BOD、CODcr的变化。结果表明，海藻式 MBR的膜负压上升趋势缓慢，膜污染速度慢；两种膜生物反应器对色度的去除率基本相同，从80～200降低到2～32；BOD含量则在10 h后基本降至为0；藻式膜的处理效果波动很大,这是纤维膜上的生物膜不容易形成而导致了对 CODcr的处理效果不如挂帘式的。集美大学水产学院[5]也以两种膜生物反应器对印染废水处理进行研究，作者得出的 COD变化的数据与刘久清等人研究的不同，帘式MBR膜出水COD去除率约 84%;而海藻式 约 90%；海藻式MBR对印染废水NH3-N的去除率约为 87.8%，且海藻式 MBR能够减少膜丝上的污染物，便于清洁，然而由于海藻式有一自由端，导致其在曝气过程膜丝易断裂造成出水浊度过高，这是海藻式急需改进的地方，也是未来的研究方向之一。

2.2 生物铁式膜生物反应器

为了进一步提高膜生物反应器的利用率，增强其对废水的处理效率，学者将膜生物反应器结合生物制剂研制出了生物铁式膜生物反应器。上海海洋大学海洋科学学院[6]向膜生物反应器中加氢氧化铁后制备生物铁MBR,分析其与普通MBR的不同。结果表明：生物铁 MBR 出水的COD平均值为 41.7 mg/L，普通MBR的则为50.2 mg/L；生物铁MBR的上清液COD平均值 为93.9 mg/L，普通MBR的是107.0 mg/L；生物铁 MBR的 COD去除率可达93.5%；而普通MBR只为82.1%。周媛[7]等采用水解酸化-膜生物反应器工艺对模拟印染废水进行处理，其中的膜生物反应器加入了聚合硫酸铝铁（PAFS），结果表明：普通 MBR抽吸压力由 5 Pa升到31 Pa左右，含铁的MBR 的抽吸压力由5 Pa缓慢上升到8 Pa；进水COD含量为900～1 300 mg/L，在试验初始时，含铁膜生物反应器的COD去除率不稳定，直至运行的第55 d，COD去除率可达到与普通MBR相同的85%，几天之后，其COD去除率要高于普通的 MBR；普通的 MBR脱色率最高可达82%，含铁的MBR最高可达93.2%。通过实验可知：初始时可能是PAFS抑制某些降解染料的细菌的生长繁殖，减慢了对染料的分解，之后，随着 PAFS的不断加入，细菌被驯化，习惯于在有铁、铝的状态下生存，降解速度便加快了，说明了废水的有效脱色可以通过PAFS中铝铁等金属离子的电中和与其立体结构的集卷网捕作用来实现。闫伟奇[8]通过混凝—生物接触氧化法并结合 MBR的反渗透工艺处理实际印染废水。经过一系列处理后，进水的SS为30～220 mg/L。初始时含铁MBR对SS的去除率为 65.53%，出水 SS去除率大于 93．37%；进入MBR的CODCr为150～250 mg/L，最终出水的CODCr稳定在20～35 mg/L；进水时的色度为80倍 ，初始色度去除率为 75%，反应出水时，色度去除率达87.5%以上。最后经过膜生物反应器的出水水质可达到《城市污水再生利用工业用水水质》要求。冀世锋[9]等通过向膜生物反应器中添加生物铁来强化MBR对模拟污水处理效果,研究普通MBR和生物铁 MBR对活性污泥性能的不同影响。结果表明：30d后普通MBR的污泥质量浓度保持在3.0 g/L左右,含铁的MBR的则在3.5 g/L左右，普通MBR的MLVSS与MLSS的浓度比平均值为0.86，生物铁MBR的浓度比平均值为0.77；普通MBR的SVI由第79 d 的144 mL/g升至第83 d的339 mL/g,其最大值为429 mL/g，含铁MBR的SVI值则由120 mL/g升至144 mL/g，最大值为240 mL/g。含铁MBR可以减轻膜污染并且增加膜通量，提高膜生物反应器对COD、色度的去除率，优化普通MBR，然而铁含量的不同也影响着对印染废水的处理结果，所以，添加铁的最佳量是生物铁式膜生物反应器今后研究的主要方向

2.3 含碳式膜生物反应器

活性炭具有空隙大、吸附性强等诸多特点，可以与膜生物反应器相结合形成一种高效的处理印染废水的器械。鲁大政[10]等人采用了改良的倒置 A/O工艺和经过活性炭强化的 MBR对实际印染废水进行处理。实验结果为：CODcr含量由最初的1 200～2 000 mg/L减少了90%以上，出水的COD降到了150mg/L；色度从1 000～1 200倍减少到30倍；磷含量减少了 98.7%。吴火焰[11]等采用挂膜和生物碳结合的方式处理印染废水二级生化出水，COD含量由进水的100～250 mg/L，降至40 mg/L以下，；经过MBR的色度由初始时的60倍降至10倍以下；郭军[12]等人采用向膜生物反应器中添加生态碳纤维复合材料的方法，处理采自浙江某印染厂废水处理站初沉池的实际印染废水，经过处理后的出水水质可达GB 4287—1992 纺织工业水污染物排放标准的二级标准，其中进水的COD含量在724.7 mg/L和856.0 mg/L之间，出水 COD 含量的平均值则是 110.7 mg/L；进水氨氮的平均值为 31.16 mg/L；出水氨氮含量基本上可以稳定在4.10 mg/L；平均去除率可达80.6%。总之，通过向膜生物反应器中添加活性炭的方法，可以有效的提高并强化MBR的反应速度，通过活性炭自身的吸附性等特性，加强了 MBR对COD、氨氮化合物、色度的去除效果，还延缓了膜的污染情况，延长了膜生物反应器的使用寿命，稳定了系统的运行。

2.4 填料式膜生物反应器

膜生物反应器作为一种新型技术，在处理印染废水上有着显著的功效，然而，在前期的研究中，膜污染严重成为该技术发展的一个瓶颈[13]，填料式膜生物反应器是通过向 MBR反应器中加入填料的方法，减少悬浮的污泥对膜的污染。于翔[14]等采用了水解酸化结合膜生物反应器的方法处理印染废水，并在膜生物反应器中添加填料，出水可达《渭河水系(陕西段)污水综合排放标准》(DB 61-234)2006)一级标准，其对色度和浊度的去除十分理想，SS和浊度接近0；高春梅[15]等人利用生物促生剂膜生物反应器处理印染废水，并和普通MBR的处理效果进行比较，得出结果：在进水的COD含量为755.92 mg/L时，经过普通MBR处理后的出水COD为53.18 mg/L，而生物促生剂MBR处理过的仅剩20.55 mg/L;进水氨氮含量相同时，普通MBR的去除率 65.33%，生物促生剂 MBR的去除率为70.97%。通过对比可知，有填料的膜生物反应器相对于普通膜生物反应器，有更优越的性能和处理效果。裴廷权[16]等人以改性填料膜生物反应器处理取自某针织印染厂废水调节池的印染废水，当进水COD 的平均浓度在 1 100 mg/L左右时，出水 COD浓度在43～79 mg/L；当进水NH3-N 浓度在160～245 mg/L时，出水 NH3-N浓度在 6.6～16.8 mg/L时，去除率一般为 90.69%～95.94%，其出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB18918-2002) 二级标准，同时由于颗粒填料的流动和振动，减少膜表面的沉积层，抑制了悬浮生物生长并导致MLSS 值降低，延缓了膜组件的污染。洪俊明[17]向膜生物反应器中加入了微量元素Mn，研究其对模拟酞菁染料废水的处理效果，该膜生物反应器在酸碱性不同时，效率不同。当进水pH值在3.0～9.0时，脱色率在 50%～82%，COD去除率88%～93%。邓书平[18]等通过选用PDMDAAC作为填料，结合移动床生物膜反应器，处理实际印染废水，并研究填料的多少对处理结果的影响，通过实验可知：PDMDAA的最适宜投加量为0.8 g/L，填充比为60%，此时色度的去除率达到97%, CODCr去除率达到92%。华卫[19]等分别选用以新型尼龙材料和普通生物陶粒作为填料处理吴江某印染企业的低浓度印染废水，实验表明：在进水流量为35 L/h，气水比为 4∶1时，两滤池对 COD的去除率可达到51.1%、和47.2%，对浊度的去除率分别为80.2%和77.4%，新型尼龙填料相较于陶粒填料有以下优点：挂膜快、处理效率高、易清洗。总之，添加的填料不同处理效果也大相径庭，因此，高效、成本较低的填料是今后的研究方向。

2.5 特殊形状膜生物反应器

特殊形状膜生物反应器利用不同的形状增大废水与膜生物反应器之间的接触面积，扩大膜通量，以增强MBR的效率。孙华伟[20]等人研究的是管式膜MBR处理模拟印染废水，进水的色度为 1 800～2 250 倍，COD 为 797.6～896.7 mg/L，出水时COD 的去除率和色度的去除率均为 80%以上，与帘式膜MBR相比，管式膜MBR具有许多优良特性，如：耐污染、膜通量比较大、易清洗等，同时不会出现类似于帘式膜MBR的断丝情况，可以保证膜MBR更好地工作。徐海超[21]等自行研发的PVDF/PMMA/TPU共混体系的五孔支撑膜，用来处理模拟印染废水。实验结果表明：当HRT为25 h时，色度的去除率为90%以上，HRT为10 h时，色度的去除率只达到40%～50%，当MLSS达到4 500 mg/L以上时，CODcr的去除率可达到93%以上。特殊形状膜生物反应器对于减少膜污染有着显著功效，同时对废水的处理也十分有效。

3 结 论

膜生物反应器法是处理印染废水的重要手段之一，已经得到国内外学者的重视[22]。本文对新型膜生物反应器进行了分类综述，笔者建议今后研究者在以下方面开展工作：海藻式膜生物反应器的藻丝材料的研究；膜生物反应器中铁的具体最优含量、最适污泥浓度以及填料的选择。

［1］夏炎,张林生,陆继来.MBR-NF处理印染废水[J].化工环保,2010,30(1):52-55.

［2］陈菊香,谢寒.深度处理印染废水的研究进展[J].科技信息,2011，(35):21-22.

［3］陈 强,黎中宝,陈阳生等.新型海藻式膜生物反应器处理印染废水的应用研究[J].水处理技术,2010,36(1):82-85.

［4］刘久清,刘婉蓉,李新海,等.传统帘式和海藻式MBR法处理印染废水的研究[J].膜科学与技术,2010,30(2):89-92.

［5］ 集美大学水产学院.两种膜生物反应器处理印染废水的对比试验研究[J].环境科学与技术,2010,33(6):164-168.

［6］ 上海海洋大学海洋科学学院.生物铁强化膜生物反应器处理印染废水的研究[J].环境科学与技术,2012,35(1):84-88.

［7］周媛,奚旦立.水解酸化—膜生物反应器处理印染废水[J].化工环保,2010,30(4):314-318.

［8］闫伟奇,邢奕,侯佳.混凝—生物接触氧化联合MBR－RO工 艺处理印染废水试验研究[J].给水排水,2011,(37):301-305.

［9］冀世锋,高春梅,奚旦立.膜生物反应器中生物铁对活性污泥性 能的影响[J].环境科学研究,2009,22(6):707-712.

［10］鲁大政.活性染料的倒置AO+MBR处理工艺[J].印染,2012,(11):32-34.

［11］吴火焰,汪永辉.曝气生物滤池处理印染废水挂膜启动研究[J].工业用水与废水,2010,41(1):50-53.

［12］郭军,海热提,钮珊,等.生态碳纤维复合填料生物反应器处理印染废水[J].化工进展,2012,31(10):2324-2329.

［13］Dan-Ying Zuo,Hong-Jun Li,Hong-Tao Liu et al.A study on submerged rotating MBR for wastewater treatment and membrane cleaning[J].Korean J. Chem. Eng.,2010, 27(3): 881-885 .

［14］于翔,同帜,仝攀瑞.印染废水膜生物反应器的设计及应用[J].印染,2010,(24):27-29.

［15］高春梅,冀世峰,储鸣,等.生物促生剂强化膜生物反应器处理印染废水的研究[J].净水技术,2010,29(2):32-35.

［16］裴廷权,杨小毛,李旭宁.改性填料强化组合 MBR 处理印染废水的效果研究[J].安徽农业科学,2012,40(13):7835-7838.

［17］洪俊明,尹娟.颗粒活性炭对膜生物反应器脱氮性能的影响[J].中国环境科学,2009,30(3):302-304.

［18］邓书平,牟淑杰.PDMDAAC-MBBR组合工艺处理印染废水[J].印染,2009,(6):36-38.

［19］华卫,於胜洪,董红明,等.不同填料下 UBAF 深度处理印染废水的对比研究[J].中国给水排水,2011,27(21):68-71.

［20］孙华伟,张朝晖,余小双,等.管式膜 MBR 在印染废水处理工艺中的运行规律研究[J].水处理技术,2010,36(1):95-97.

［21］许海超,马春燕,吴瑶,等.五孔支撑纤维膜在 MBR运行中的特性研究[J].环境保护科学,2012,38(5):26-29.

［22］Pierre Le-Clech.Membrane bioreactors and their uses in wastewater treatments[J].Appl Microbiol Biotechnol ,2010( 88):1253-1260.