MBR在石化工业废水深度处理中的应用

林丽华

(三达膜环境技术股份有限公司,福建厦门361021)

MBR在石化工业废水深度处理中的应用

林丽华

(三达膜环境技术股份有限公司,福建厦门361021)

采用膜生物反应器 （MBR）处理石化工业废水，研究了MBR对CODcr、BOD5、NH3－N、TP及石油类等去除效果.结果表明：MBR对石化工业废水具有良好的稳定处理效果，平均去除率CODcr分别为：86.4%，BOD597.6%，NH3－N 99%，TP 68%，石油类86.7%.MBR出水后CODcr，BOD5，NH3－N，TP，石油类质量浓度平均值分别为35.9，2.9，0.46，0.36，1.35 mg·L－1.研究表明：处理后水质满足国家一级排放标准，MBR可以有效地处理石化工业废水.

水处理；石化工业废水；膜生物反应器

石化企业废水具有水量波动大、水质波动频繁、污染物成分复杂等特点,其中含有大量的油、硫化物、挥发酚等有毒有害物质,直接排放将对环境造成极大的危害［1－2］.我国石化企业污水处理通常采用的 “隔油、气浮、生化”简单工艺,以及在此基础上改进而来的工艺都普遍存在着技术落后、出水水质差、污水处理回用存在诸多问题［3］.目前石化污水深度处理回用常用的流程：污水—均质池—隔油池—气浮池—生物处理—深度处理—回用,深度处理方式包括吸附、膜技术、高级氧化技术、生物技术等［4－5］.邬向东等采用膜生物反应器 (MBR)对广州石化炼油污水进行了工业实验研究,其CODcr去除率可达98%以上［6］,水中NH3－N的去除率可达99%以上,出水量稳定,水质优良.随着废水资源化的要求越来越高,石化企业作为耗水和排水大户,很多学者认为MBR石化废水进行深度处理后回用具有很好的潜力和技术优势［7－9］.本实验采用MBR技术,以江苏某工业园区的石化企业的生产废水及生活污水的均质池出水为研究对象,考察了运行时间内系统对CODcr、BOD5、NH3－N、TP、石油类等的去除率效果,同时对MBR系统的膜通量、跨膜压差的变化等性能进行考察.

1 实验部分

1.1 实验用水及水质

本次实验进水为江苏某工业园区石化企业生产及生活废水污水处理厂匀质池1＃出水.接种污泥取自该工业园区污水处理厂沉淀池,该工业园区废水经过格栅、气浮预处理,将污水中的漂浮物、可沉降的杂质、沉沙、浮油和乳化油等从废水中去除.实验期间匀质池1＃出水水质范围及平均值如表1所示.

表1 实验水质Table 1 Water quality单位：mg·L－1

1.2 实验流程及主体设备

本实验采用MBR系统处理,实验流程如图1所示.

实验通过放置在匀质池1＃出水口的潜水泵将废水提升至MBR试验集装箱水池内,废水首先进入缺氧池1,经过水解作用提高废水的生化性能后进入好氧池.废水在好氧池中经好氧菌的生物降解去除废水中大部分的污染物,同时氨氮在好氧池内经过硝化作用转变为硝态氮,污水经过硝化后回流至缺氧池1.硝态氮在缺氧池1中经过反硝化作用转变为氮气被去除,好氧池出水溢流进入缺氧池2,进一步去除水中的硝态氮.剩余废水进入MBR滤池.进入MBR滤池的废水在好氧环境下经过生化作用进一步降低污染物,滤池中部分废水回流至好氧池,剩余废水经过膜过滤后达标排放.

实验设备由三达膜科技 (厦门)有限公司生产,主体为一个集装箱,其尺寸为12 032 mm× 2 352 mm×2 393 mm,包括控制柜、水池及附属水泵、鼓风机、加药泵等设备,采用1组德国迈纳德(MICRODYN－NADIR)公司生产的BC－50型平板膜组件,该型号平板膜面积为50 m2,膜孔径为0.04 μm,实验设备采用PLC程序控制,全系统实现自动化控制.人机界面为触摸屏控制,可以方便地观察系统运行状态与调节系统运行参数.主体设备如表2所示.

图1 MBR工艺流程Fig.1 MBR process flow

表2 主体设备Table 2 Main equipment

2 实验结果与分析

2.1 MBR系统对CODcr的去除效果

系统稳定运行了45 d,基本运行参数：抽吸时间为10 min,停抽时间2 min,曝气强度为0.6 m3· (m2·h)－1,污泥浓度8 000 mg·L－1(下同),实验运行期间,进出水CODcr的质量浓度变化及去除率如图2所示.从图2可以看出,进水CODcr的质量浓度为195～376 mg ·L－1,在进水质量浓度波动较大的情况下,出水最大CODcr的质量浓度为48.6 mg·L－1,最小为20.7 mg·L－1,出水平均CODcr的质量浓度为35.9 mg·L－1,MBR对CODcr去除率始终保持在80%以上,平均去除率86.36%,系统出水稳定,表现出较强的耐冲击负荷的能力,出水水质达到国家一级排放的标准.

图2 CODcr的去除效果Fig.2 Effect of CODcr removal by MBR

实验结果表明：MBR处理石化废水可获得较高的CODcr去除率.膜表面形成的凝胶层对截留小分子物质,提高有机物的去除率、稳定系统出水水质有着不可替代的作用［10］,MBR系统对COD具有高去除率的主要原因有如下2点：一是由于膜协助条件下反应器内微生物的高效生化作用；二是膜表面形成的动态凝胶层对大分子的CODcr的截留作用.MBR系统并非简单生物系统与膜分离简单的结合,两者之间负荷分配及相互影响是一个动态的复杂过程.

2.2 MBR系统对NH3－N的去除效果

实验运行期间, 进出水NH3－N 的质量浓度变化及去除率如图3 所示. 实验废水的进水NH3－N 质量浓度为5. 8 ～16. 9 mg·L－1, 进口NH3 －N 质量浓度较低, 出口NH3－N 质量浓度大多数小于0. 2 mg·L－1. 出水平均NH3 －N 质量浓度为0. 46 mg·L－1, 平均去除率达到99％ . Jin Kie Shim［11］等研究表明, 在进水总氮为600 mg·L－1的情况下, NH3－N的去除率可达95％ 以上. 很多文献也都证明了MBR 工艺脱氮效果好, 性能稳定. 其主要原因为： 一是MBR 系统内污泥停留时间较长, 污泥浓度高, 给了硝化和亚硝化细菌提供足够的生长繁殖时间及空间,为硝化反应创造良好的条件；二是MBR系统中污泥浓度较高,活性污泥的絮体非常密集,因此絮体向内传递氧的速率比普通活性污泥低得多,从而形成好氧缺氧同时出现的微环境.膜生物反应器可以完全截留世代周期长的硝化菌和亚硝酸菌,从而大大提高了系统的硝化能力,而膜本身对氨氮的截留作用很小,NH3－N的去除主要靠硝化和同化作用来实现,同时系统中溶解氧较高,使废水的NH3－N得以充分硝化,因此脱氮效果较好.

图3 NH-N的去除效果Fig.3 Effect of NH-N removal by MBR

2.3 MBR系统对BOD5的去除效果

实验运行期间,进出水BOD5的质量浓度变化及去除率,如图4所示.

从图4可以看出,进水BOD5的质量浓度在102～140 mg·L－1,出水最大值BOD5的质量浓度为4 mg·L－1,最小值为 2 mg·L－1,出水平均BOD5的质量浓度为2.9 mg·L－1,MBR对BOD5去除率始终保持在96.7%以上,平均去除率97.6%.由于膜组件的高效截留作用,将全部的活性污泥都截留在反应器内,使得反应器内的污泥浓度较高,保持在8～12 g·L－1,从而大大降低了生物反应器内的污泥负荷,提高了MBR对有机物的去除效率.

图4 BOD5的去除效果Fig.4 Effect of BOD5removal by MBR

2.4 MBR系统对TP的去除效果

实验运行45 d 期间, 进出水TP 的质量浓度变化及去除率如图5 所示. 实验进水TP 的范围为0. 3 ～2. 3 mg·L－1, 平均值1. 12 mg·L－1, 出水TP 均小于0. 5 mg·L－1, 平均值0. 36 mg·L－1,平均去除率为68. 0％. 达到国家一级排放的标准.

MBR 系统中去除磷的方式主要有2 种： 一是同化作用, 在微生物生长繁殖过程中, 利用磷并将其变为自身物质的一种除磷方式； 二是过度除磷,主要是由异养型聚磷菌的微生物完成, 聚磷菌通过特殊的代谢途径, 液相中磷被转化成产生富磷污泥, 磷以污泥的形式排放, 从而达到去除磷的目的.

图5 TP的去除效果Fig.5 Effect of TP removal by MBR

2.5 MBR系统对石油类的去除效果

在进水石油类质量浓度为2.5～16.3 mg·L－1,出水石油类质量浓度约为1.35 mg·L－1,经MBR系统后,水质明显改善,平均去除率86.7%,如图6所示.MBR系统出水石油类质量浓度效果良好,主要原因为：一方面是膜及其表面沉积层的高效截留作用使得上述两种污染物质获得更长的停留时间,使得石油类在MBR系统中得到充分的降解,这是主要因素；另一方面,活性污泥对油类物质具有一定的吸附作用,是此类污染物得到去除的另一个因素.

图6 石油类的去除效果Fig.6 Effect of petroleum removal by MBR

2.6 MBR运行情况

膜污染与清洗在膜使用过程中是不可避免的,膜的抗污染及清洗性能是衡量膜性能优劣的一个关键因素.实验采用平板膜MBR,板式结构避免了膜丝的缠绕,平整的膜面结构使膜组的底部曝气在运行过程中可以更彻底地冲刷膜表面,从而延缓了膜面污染.在实际运行中,平板膜表面的凝胶层较空纤维膜表面的泥饼层更容易清洗,清洗周期更长,平板膜不存在断丝问题,其出水水质稳定、使用寿命长.

图7 膜通量及跨膜压差变化曲线Fig.7 Membrane flux and transmembrane pressure curve

膜污染的清洗可分为维护性清洗和恢复性清洗2 种情况： 1) 维护性清洗： 采用MBR 的出水作为反洗水源, 在线添加次氯酸钠, 对MBR 进行在线反洗, 反洗浓度为300 mg·L－1, 反洗时间15 min, 浸泡1 h, 反洗周期5 d. 2) 恢复性清洗： 当系统进行多次维护性清洗后无法达到使用通量, 则需对系统进行恢复性清洗, 清洗周期一般为1 年2 次或1 次. 膜通量变化及跨膜压差变化情况如图7 所示, 实验时间为45 d, 在实验结束前通量基本没有下降, 但在设备收起前也采用次氯酸钠进行了恢复性化学清洗. 清洗配水为MBR自身产水,清洗液浓度为1 000 mg·L－1,清洗时间为1.5 h.从图7可以看出,在运行期间膜通量的范围为17～26 LMH,实验期间内跨膜压差最大值仅为13 kPa,远低于MBR厂家质保的最大跨膜压差40 kPa.说明本实验采用的平板膜具有良好的抗污染性及易清洗的性能,适用于石化工业废水的处理.

MBR现场实验主要污染物的去除情况如表3所示.由表3可以看出,利用MBR深度处理石化工业废水出水水质达到国家一级排放的标准.

表3 污染去除情况Table 3 Pollution removal

3 结论

石化工业废水水质波动大,成分复杂,属于难处理的工业废水,本实验采用MBR对石化工业废水进行处理,得出以下结论：

1)MBR对污染物的处理效果好,抗冲击能力强,运行稳定阶段,COD的平均去除率86.4%；BOD5为97.6%；NH3－N为99% ；TP为68%；石油类为86.7%.出水满足国家一级排放的标准.

2)运行期间,对MBR进行在线反洗,反洗时间15 min,浸泡1 h,反洗周期周期5 d,使用质量浓度为300 mg·L－1的次氯酸钠进行在线反洗可以有效的清洗膜组件,使膜组件保持较低的过滤阻力及较稳定膜组件的通量,通量范围17～26 LMH,跨膜压差小于13 kPa.说明本实验采用的MBR具有抗污染性强、易清洗、通量高等优点,适用石化工业废水的处理.

［1］殷永泉，邓兴彦，刘瑞辉，等.石油化工废水处理技术研究进展 ［J］.环境污染与防治，28（5）：356-360.

［2］宋永欣.炼油厂生产废水处理工艺技术改造 ［J］.工业用水与废水，2009，40（4）：57-59.

［3］容健宾.石油化工废水的特点及其处理技术研究 ［J］.商品与质量，2010（12）：146.

［4］周少奇，张晓爽.沸石虑床去除炼油废水中氨氮的研究 ［J］.生态科学，2002，21（1）：65-67.

［5］宋永欣.炼油厂生产废水处理工艺技术改造 ［J］.工业用水与废水，2009，40（4）：57-59.

［6］邬向东.膜生物反应器在石化污水处理与回用中的应用 ［J］.中国膜工业信息，2005，109（3）：11-19.

［7］陈中涛，郭宏山，李宝忠.MBR技术在石化污水处理中的应用 ［J］.油气田环境保护，2013，23（3）：28-30.

［8］PIERRE L，VICKI C，TONY A.Fouling in membrane bioreactors used in wasterwater treatment［J］.Journal of Membrane Science，2006，284（1/2）：17-53.

［9］顾国维，何义亮.膜生物反应器-在污水处理中的研究和应用 ［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［10］CHANG J S，TASI L J，VIGNESVARAN S.Experimental investigation of the partical distribution of suspended particals onmicrofiltration［J］.Water Sci Technol，1996，34（9）：133-140.

［11］JIN KIE SHIM，IK-KEUN Y L.Design and operation considerations for wastewater treatment using flat submerged membrane bioreactor［J］.Process Biochemistry，2002，38：279-285.

MBR in Petrochemical Industry Wastewater Treatment with Good Effect

LIN Li-hua
（Suntar Environmental Technology Co.，Ltd.，Xiamen 361021，China）

Membrane Bioreactor（MBR）process was used to treat petrochemical industry wastewater，and removal rates of CODcr，BOD5，NH3-N，TP and petroleum in MBR system were studied.The experimental result indicates that MBR produces good and steady effects in petrochemical wastewater purification.The removal rates of CODcr，BOD5，NH3-N，TP and petroleum averaged 86.4%，97.6%，99%，68%，and 86.7% respectively.The concentrations of CODcr，BOD5，NH3-N，TP and petroleum in the effluent averaged 35.9，2.9，0.46，0.36，and 1.35 mg·L－1respectively，meeting the national standards for wastewater discharge（I），and the system operates with stable effect by on-line NaClO backwashing.The industrial application of MBR in petrochemical wastewater treatment produces good effects.

membrane bioreactor；petrochemical industry wastewater；water treatment

X703.1

A

1673－4432（2015）05－0105－06

（责任编辑 李 宁）

2015－04－15

2015－07－14

林丽华 (1975－),女,工程师,研究方向为膜在水处理中的应用.E-mail：13950107829＠163.com