利用MBR+RO工艺进行废水深度处理回用的设计探讨——以600m3/d食品加工废水为例

杨 妮

(云南省生态环境厅驻大理州生态环境监测站,云南 大理 671000)

1.背景

近年来我国污水、废水排放量以肉眼可见的速度在增长，全国大多数各类工业废水和生活污水未经处理就直接排入水域造成水体污。我国人均水资源占有量偏低，足以说明水资源匮乏的严重程度。因此，解决水资源匮乏的问题已然成为当务之急。把经过污水处理站处理后，排放出来的达标废水继续做相应的深度处理后作为生产上的工艺用水，是缓解水资源问题最好的途径，即中水回用。以食品加工行业产生的废水处理技术为例，国际上多用末端控制法，可用技术包括气浮+A/O+CASS工艺，UASB+好氧生物处理工艺、气浮-强化A段-A/O工艺、混凝+接触氧化工艺，还有膜分离技术等。因膜分离时不用加热，热敏物质不会失活、不会被杂质污染，也不会发生相变，其分离、浓缩、提纯、杀菌可以一次性完成，不但操作简单，而且分离效果还好，费用也不高，在处理食品工业废水时特别合用。因此在处理食品加工产生的废水时，大多数用的是MBR（膜生物反应器）+RO（反渗透设备）+加药消毒组成的优化集成工艺进行深度处理，使之达标，实现按国家生活杂用水指标有限度地回收利用。

2.废水处理工艺设计

2.1 处理工艺选择原则

2.1.1 污水处理出水要求

选择污水处理工艺流程时首先应考虑污水经过处理后排出的水质有什么要求，排水必须符合《污水综合排放标准》( GB8978 - 1996)中的相关要求。且MBR段出水指标必须符合《城市杂用水水质》（ GB/T18920-2002）中的相关要求，RO段排出的水质必须符合《生活饮用水卫生标准》（ GB5749 - 2006）中的相关要求。

2.1.2 相关的技术因子

首先是处理规模的大小；其次是进水和出水中各类污染物的浓度（例如：CODCr、BOD5、NH3-N以及SS等）；还有一个因素就是各类污染物的处理效率。

2.1.3 所选工艺处理污水达到的效果

首先，处理出水水质要达到标准限值要求。其次，技术先进可靠，运行稳定。第三，运行费用在可控范围，管理便捷。

2.2 工艺流程的选择

2.2.1 MBR基本原理

MBR这种用于废水处理的新型技术是把膜分离技术跟生物技术结合起来，借助膜分离设备对生化反应池里面的多种大分子有机物跟活性污泥进行截留，通过控制HRT和SRT来提高活性污泥浓度以及难降解物质的反应效率。虽然如此，但是有氧MBR技术也是在过去的10-20年内才普及运用于污水处理领域的。

MBR反应器使用微孔曝气器，有效提高接触时间以及氧气传播速率，能够对曝气工艺实行合理控制，不再受气泡停留时间跟大小的影响，通过自吸泵间歇抽吸间歇停止的方式，有效防止微孔淤堵。

MBR工艺流程如下所述：大致来说就是从污水预过滤——调节池——MBR系统的过程。其中的细节分别是：调节池有效调节进水水质和流量；各类污水在MBR系统中与活性污泥进行充分接触；MBR 系统中的膜组件则主要来分离那些不能被微生物降解的杂质。充分处理之后出水达标就可排放或回用。

2.2.2 RO基本原理

RO需要在膜的原水所在侧加一个外压，使其高于溶液的渗透压，只允许原水当中的水分子穿过半透膜，别的物质则会留在膜表面。

让我们先来了解什么是渗透压。所谓渗透压就是位于半透膜两侧相同体积不同浓度的溶液，一般来说稀溶液中的溶剂会通过半透膜流向浓溶液，那么浓溶液一侧的液面就会高于稀溶液一侧的液面，为了达到渗透平衡状态而形成的压力差就是渗透压。如果在浓溶液一侧施加一个大于渗透压的压力，那么浓溶液中的溶剂就会流向半透膜另一边的稀溶液，这种溶剂流动方向与原来渗透方向相反的过程就是反渗透的过程。

RO工作原理描述如下：运用特制的高压水泵增加原水压力，使之透过微孔反渗透膜，只允许体积小于万分之一微米的水分子通过，而隔离各类化学离子及各种菌体，使之随废水排出。

3.设计思路及拟采取的处理工艺路线

3.1 设计思路

关于膜的科研工作才开展了不到百年。其大致发展过程是这样的：20世纪的30年代主要是微孔过滤；到了40年代开始透析；等到50年代则发展出了电渗析；60年代开始出现反渗透；超滤和液膜是在70年代出现的；发展到80年代，气体分离技术问世了；到了20世纪末，渗透汽化技术终于出现。同时各种基于膜的新型分离方式，还有膜分离跟别的分离措施的组合过程也逐渐受到重视、得以发展。

膜与水处理相结合大规模使用，主要是因为操作便捷，基本无污染，经济又环保。对于污水处理过程中的浓缩还有分离环节效果显著，故用于处理各种不同程度污染的工业废水、食品加工废水、海水（苦咸水）淡化、饮用水高度提纯等都有不错的效果。加上我国水资源匮乏以及水污染量暴增，故污水治理、中水回用以及膜技术应用示范工程的推广势在必行。

所谓的“双膜法”就是把MBR跟RO结合起来使用，这种工艺在我们国家，特别在中水回用中运用十分广泛，不仅技术水平与国际接轨，经济性也非常好，很适合在我们国家缺水城市广泛使用，在含盐量较少的城市用时，其成本优势更加明显。由这种工艺处理出来的再生水，除了可用来做景观环境用水，地下水回灌，城市非饮用水，以及用于工业，农业、林业、牧业等之外，还可用作工业生产所需的纯净水，使其真正变成城市用水的重要组成。系统用的是模块式设计，不但便于增容，而且占地特别少，便于运行调度。让再生水厂的建设变得更加灵活便宜，易于实现优化配置，让规模的近远期结合变得可行。

3.2 所选工艺优点

MBR与传统工艺相比有以下明显优势：

3.2.1 出水水质好且比较稳定

其分离效果由于膜作用，会远远好于传统的污水沉淀池，由于进水中的各种菌体被降解甚至去除，故出水很优质，完全可作为非饮用普通市政水直接予以中水回用。

3.2.2 硝化效率高

生物反应器作为硝化细菌的繁殖环境，其内被截流住的有效微生物有利于硝化细菌的生长，故可以去除NH3-N。

3.2.3 占地面积小

MBR工艺流程简单，适用于各类场合，置于地上、地下均可，大大减少了占地面积。

3.2.4 有效降解分离有机物

由于水力停留时间（HRT）长短可控，能成功让污水中难以降解的有机物提升降解效率。

3.2.5 剩余污泥量低

这种工艺在容积高污泥低的负荷状况下也能运行，故此污泥的剩余量特别少，有时甚至是零污泥排放，这样大大地降低了污泥的处置量以及处置费。MBR+RO组合工艺能够对淡水资源进行有效的回收，该工艺如今已经在工业界广受关注。MBR+RO组合工艺的特点：

紫荆叶采集于河南大学金明校区，每隔半个月采收一批，共16个批次（分别采收于2016年4月21日、5月4日、5月19日、6月3日、6月18日、7月3日、7月18日、8月2日，2017年4月19日、5月4日、5月19日、6月4日、6月19日、7月4日、7月19日、8月4日，批次编号依次为S1～S16），经河南大学药学院李昌勤教授鉴定为紫荆属植物紫荆（C.chinensis）的叶。标本存放于河南省药食两用资源功能研究国际联合实验室。

① 出水水质好，可满足指标要求；

② 工艺技术先进，系统运行安全、可靠；

③ 对COD、氨氮去除效果好；

④ 产水水质稳定；

⑤ 操作维护简便。

3.3 设计规模的确定

原废水处理系统的出水作为项目处理的原水，处理量为600m3/d。

来自原废水处理系统的出水600m3/d，进入MBR池进行处理，经充分生化后，进入专用的反渗透装置处理，控制回收率为66.7%（25℃）左右，透过水约400 m3/d，经加氯消毒后，成为优质回用水，作为生产用水回用至生产线上。其余200 m3/d浓缩水，其指标符合国家排放要求，合格排放。

3.4 水量、水质与目标设计

3.4.1 进水水质设计

3.4.1.2 水量：每天600吨；

3.4.1.3 进水水质：详见表1

表1 废水处理系统的进水水质

3.4.2 处理后的技术指标

3.4.2.1 优质回用水的回收率66.7%（25℃）左右；

3.4.2.2 废水处理后出水指标：

a) MBR工艺段出水常规指标应达到国家标准《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920-2002）。其主要指标要求详见表2：

表2 城市杂用水水质标准

b) RO工艺段出水常规指标应达到《国家生活饮用水标准》（GB 5749-2006）详见下表：

表3 我国饮用水标准

3.4.3 各处理设备段技术指标预测

各处理设备的主要指标详见下表：

表4 各处理设备段技术指标预测

3.4.4 整体工艺简述

来自原废水处理系统的出水600m3/d作为项目处理的原水,进入MBR池处理，经过充分生化后，出水指标：CODcr可降至30mg/l以下，氨氮可降至5mg/l以下，SS小于30mg/l，进入专用的反渗透装置处理，控制回收率在66.7%左右，透过水约400m3/d，经过清洗后，成为优质回用水，指标可达到：CODcr可小于10mg/l（CODMn小于 2mg/l），NH3-N 小于 0.5mg/l，细菌总数小于100个/ml，总大肠菌群小于3个/L，嗅、色、浑浊度均优于国家饮用水标准要求，可作为生产用水回用至生产线上。其余200m3/d浓缩水，其指标符合国家排放要求：CODcr小于 100mg/l，NH3-N小于10mg/l。

图1 工艺流程图

4.展望

食品工业的生产过程比较繁杂，产生的废水大多是具有高耗氧量的各类有机物，各类重金属离子多，CODcr、BOD5、SS以及氮磷含量都很高，而且由于存在很多适合细菌繁殖的微生物，其中的细菌总数，还有大肠菌群很多时候也会超出我们国家标准中规定的排放限值。

生产食品过程中排放的工业废水在处理过程中会产生污泥、废油、废酸、废碱等，那么食品工业废水处理工艺的选择尤为重要，除了要考虑废水中有害物质的种类与组成，废水水质情况和废水水量的相关变化情况也是值得注意的因素，这些对处理工艺的选择、设备的运行以及出水的回用都十分的重要。

我们国家的缺水问题是极度严重的，人均占有的水资源数量只有世界人均占有量的1/4。在经济发展的同时，我国的城市化发展也在快速推进，在我们国家，缺水城市的数量在一年年的增长。解决水资源的问题成为当务之急。正因为如此，污水回用已经迫在眉睫。而从国际上目前污水回用的发展形势来看， MBR与RO工艺结合，以其出水水质好且稳定，系统先进、运行安全，污染物去除效率高，操作维护便捷以及适用范围广的优势；以其占地面积小，降低运行成本的有利性；以其可靠的经验以及不俗的效果，正逐渐在国内得以大规模普及应用。