膜生物反应器结合臭氧工艺在工业区 水回用处理中的应用

蔡 鑫

（济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，济南 420079）

随着工业的快速发展，大量工业废水肆意排放带来了严重的水污染问题。膜生物反应器是一种将生物膜法和膜分离技术相结合的污水处理新工艺，具有适应性强、处理效果好、水力与污泥停留时间可分别控制等优点，以其独特的优势在污水处理中的应用范围不断扩大。臭氧是一种强氧化剂，广泛应用于污水处理中，臭氧催化氧化期间，部分臭氧被吸附到催化剂表面，更多的部分溶解在水中，臭氧产生的氧化产物会从氧化剂表面脱落，催化剂对水中的臭氧进行催化，达成氧化反应。臭氧氧化技术是指在催化剂作用下增强臭氧的氧化能力，达到去除有机物的良好效果。膜生物反应器与臭氧工艺结合在工业区废水回用中具有良好的效果。研究新工艺在工业区的回水处理应用具有重要的现实意义。

1 膜生物反应器简介

膜生物反应器分为分离膜生物反应器与无泡膜生物反应器。分离膜生物反应器应用最广泛，膜组件相当于二沉池，截留污泥回流至生物反应器。无泡膜生物反应器直接供应高纯氧，氧传质效率接近100%，气体分压被控制在小于泡点，使氧气不能进入大气被充分利用[1]。

1.1 MBR 的技术优势

MBR 技术优势主要体现在出水水质好、工艺参数易于控制、占地面积小等方面。膜组件取代二沉池可使生物反应器内获得更多的生物浓度，通过膜分离装置获得的水质很好，膜的高截流作用使微生物完全截留在反应器内，反应器内可控制较长的SRT，提高消化效果，使废水中的大分子难降解成分有足够停留时间，反应器在长泥龄下运行，实现基本无剩余污泥排放。膜分离单元不受污泥膨胀等因素影响，便于管理。

1.2 MBR 研究热点问题

膜污染是指膜的微粒或溶质分子与膜发生物理化学作用，使某些溶质引起膜表面及膜孔内吸附，造成膜孔径变小。膜污染包括膜的堵塞与膜沉积层的形成，膜生物污染分为两个阶段：一是腐殖质与其他微生物代谢产物等大分子物质在膜面吸附，进水微生物中黏附速度快的细胞形成初期黏附；二是生物污染的最终形成阶段，因后续大量菌种的黏附，加剧微生物的繁殖，此阶段生物膜趋于稳定。生物污染造成膜的不可逆堵塞，引起膜通量下降。

因亲水性材料制成的膜与水分子间能形成氢键，改性后，PVDF 中空纤维膜的亲水性有效地提升，膜的抗污染能力明显增强。

2 臭氧工艺技术

2.1 臭氧催化氧化反应机理

臭氧催化氧化技术是近年来迅速发展的新技术，主要为克服单纯臭氧氧化技术利用率较低的缺陷，臭氧催化氧化技术利用催化剂，利用较强的氧化性实现对水中有机污染物的处理，一些稳定性较高的有机物被臭氧氧化分解，提高了臭氧氧化反应效率。

均相催化氧化技术主要是主族金属元素以离子形式被引入废水中，大大提高臭氧利用率，增强对有机物的去除效果。均相臭氧催化氧化反应机理为水体中离子促进臭氧分解，通过氧化分解难降解的有机物，水体中离子与有机物发生络合被氧化。

非均相催化氧化反应是指可在水体与催化剂中同时进行的反应，有机污染物被吸附在臭氧表面，发生氧化反应。臭氧在水中溶解，形成游离态，在催化剂作用下与水中的有机污染物发生氧化反应，此过程为非吸附状态下的氧化反应。非均相催化氧化技术的优点是催化剂流失少，不会对水资源造成二次污染[2]。

2.2 臭氧在废水处理中的应用

工业废水的臭氧处理设施是指臭氧发生量高于0.5 kg/h 的系统，它几乎能处理所有类型的废水。与饮用水臭氧化系统相类似，很多臭氧发生器工业应用中，能耗被是重要的经济指标，通常采用臭氧氧化与生物降解组合的工艺，降低臭氧用量。目前，大多废水的臭氧氧化单元设置于生物降解系统中的化学氧化前，工业废水臭氧氧化系统中，厂家常用的气液接触器是鼓泡塔反应器，很多反应器在加压状态下运行，以提高工艺效率。

3 MBR+臭氧工艺在工业区水回用中的应用

3.1 工程概况

某项目位于工业区，占地面积10 m2，日排水量约5 000 m3，日污水处理量为200 m3/d，处理后的中水回用于浇灌绿地。系统生产污水水源按化粪池出水进行设计，生产废水主要指标限定为：COD ≤350 mg/L，NH3-N ≤30 mg/L，BOD ≤200 mg/L，pH 值6 ～9。设计将项目园区部分生产污水进行深度净化处理，处理后水质达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GBT18920-2002）标准。

根据生产使用安全卫生等要求，合理安排建筑物、工程管线与绿化等设施平面位置。主要构筑物为调节预处理池、清水池及设备间。工艺管线采用埋地式与沿管沟敷设，控制电缆采用地下电缆沟敷设。

根据项目处理水质目标，从节省占地、方便后期运行等方面考虑，采用膜生物反应器处理工艺。

3.2 工艺选择与施工

格栅池与调节池主要设置在污水综合集水口处，确保固定淹没载体生物反映膜进水均匀性。设计有效池控制水深2.5 m，主要设备是潜水提升泵（Q=15m3/h，N=1.5 kW，H=6 m）。

缺氧池主要用于强化生物除磷，对回流污泥浓缩前进行反硝化脱氮，有效池容10 m3，控制水深2.5 m[3]。

MBR 主要作用是生物反应去除COD、氨氮污染。采用地下式砼结构。设计有效池容40 m3，控制水深3.5 m。主要设备为：混合污水回流泵，Q=12 m3/h，N=1.5 kW，H=12 m；三叶茨鼓风机，风量7.2 m3/min，功率6 kW，风压39.2 kPa；自吸泵消毒池，用于杀灭水中的致病细菌，设计有效池容4 m3。此外，主要设备还有臭氧发生器。

3.3 技术优势

本系统土建工程多属于特种结构，对裂缝宽度等控制严格，对施工单位施工能力要求较高。构筑物采用C25 防水混凝土。

构筑物施工完毕后必须严格按《给排水构筑物施工验收规范》进行试验，渗水量不得超2 L/（m2·d）。污水处理站设有电控柜，与消毒设备控制柜，污水处理站内所有用电设备、泵类设备可通过液位控制自动运行。

3.4 运行效果与价值

膜生物反应器污水处理技术使用膜组器替代沉淀池，混合液通过膜进行固液分离。主要优势是出水水质稳定，处理效果良好，污泥排放量比传统工艺减少三分之二，自动化程度高，占地面积小，一般低污染废水处理后可直接作为中水回用。生物膜可以防止各种微生物菌群流失，高浓度微生物大大减少剩余污泥的生产量，明显降低了污泥处理费用。实际应用期间，不用设立过滤等固液分离设备，系统占地面积缩减，易于实现运行管理自动化。

膜生物反应器系统占地面积仅为传统工艺的50%左右。经MBR 处理后，出水COD=65.5 mg/L、NO3-N=25 mg/L、SS=5.7 mg/L，观感清澈，完全满足设计要求。经MBR 与臭氧消毒处理后，中水用于日常园林绿化灌溉，日用水量为160 m3/d。项目按设计图纸进行招标来组织施工，运行结果表明，安装调试费等实际工程费为29.45 万元/年，运行费用为 1.13 万元/年，年节约自来水费87 600 元，年运行费用11 328 元，年收益76 272 元。

中水处理系统可有效地降低生活污水的排放量，处理后的中水可用于灌溉，减少城市污水处理压力，大大降低了清洁水的使用量。中水处理系统的引入能使人转变生态观念，尊重自然，节约资源。

4 结语

中水处理技术能就地收集与利用污水，实现污水资源化，是开展节能减排的有效途径。工业区采用MBR+臭氧消毒工艺来处理工业废水，可节约投资，提高经济效益，综合效益十分显著。