MBR污水處理技術(shù)在煉油污水中的應(yīng)用
摘 要:膜生物反應(yīng)器(MBR) 是膜技術(shù)和污水生物處理技術(shù)相結(jié)合的污水處理新工藝。金陵分公司污水處理場新建一座MBR處理裝置,處理量為250 t/ h ,自2005 年11 月正式投用,至今已連續(xù)運(yùn)行一年的時(shí)間。該裝置對煉油污水COD、油、硫、酚、氨氮、濁度的平均去除率分別穩(wěn)定在80 %、60 %、100 %、98 %、90 %、99 %以上,為煉油污水回用創(chuàng)造了條件。
關(guān)鍵詞:膜生物反應(yīng)器,膜污染,污水處理,污水回用
膜生物反應(yīng)器(MBR) 是一種新型高效的污水生化處理系統(tǒng), 它是把生物處理和膜分離技術(shù)相結(jié)合的處理工藝。它應(yīng)用微濾或超濾膜對生化后的水進(jìn)行過濾代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二沉池出水。把大分子顆粒和活性污泥截留在生物處理池中, 使處理后的水幾乎不含懸浮物和細(xì)菌。大大提高反應(yīng)器的污泥濃度,同時(shí)具有出水水質(zhì)好、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)、污泥流失少等優(yōu)點(diǎn)。
1 應(yīng)用工藝流程及方法
1.1 工藝流程
金陵分公司與諾衛(wèi)環(huán)境安全工程技術(shù)( 廣州) 有限公司合作, 在金陵分公司凈水車間的污水處理過程中引用了MBR污水處理技術(shù),對煉油污水進(jìn)行處理,并于2005 年8 月開始興建一座處理量為250 m3 / h MBR處理裝置,工藝流程如圖1 。
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1.2 工藝流程說明
污水經(jīng)二級隔油—二級浮選—均質(zhì)罐后自流進(jìn)入過濾器,經(jīng)過濾器將粒徑大于112 mm 的雜物截留,其作用是去除水中大顆粒懸浮雜質(zhì),以防止其在曝氣池沉積和保護(hù)膜表面不受損傷。預(yù)過濾器的出水進(jìn)入混合段,在進(jìn)水混合段裝有潛水推進(jìn)器。提供缺氧池間不斷循環(huán)。同時(shí)潛水推進(jìn)器將好氧區(qū)回流的混合液與進(jìn)水充分混合推流進(jìn)入缺氧區(qū),缺氧區(qū)設(shè)有潛水?dāng)嚢杵?保證了混合液在該區(qū)內(nèi)的充分混合, 保持懸浮狀態(tài)不會(huì)沉淀。在缺氧區(qū)內(nèi),大分子量長鏈有機(jī)物分解為易生化的小分子有機(jī)物。污水在缺氧池內(nèi)的水力停留時(shí)間為4～6 小時(shí),然后進(jìn)入好氧區(qū)。好氧池底鋪設(shè)有曝氣裝置不間斷進(jìn)行曝氣, 污水在此池內(nèi)進(jìn)行有機(jī)物生化降解, 去除水中的BOD5 和COD。好氧區(qū)末端為膜分離區(qū), 簡稱膜區(qū), 膜區(qū)內(nèi)MBR 膜件下部還設(shè)置有間歇式的曝氣裝置, 定時(shí)吹掃抖動(dòng)膜片,以緩解MBR膜周邊的污泥濃度累積。處理后的污水經(jīng)MBR 膜分離后, 由提吸泵排出, 經(jīng)膜生物反應(yīng)器處理后的凈水直接排放或回用, 當(dāng)出水濁度超標(biāo)時(shí),則將一部分MBR出水打入保安過濾器進(jìn)行深度處理, 再進(jìn)入回用水池。系統(tǒng)的少量剩余污泥通過膜區(qū)污泥泵定期排出, 同時(shí)控制系統(tǒng)內(nèi)活性污泥的濃度。
本工藝膜生物反應(yīng)器根據(jù)生物的工藝要求,建有兩個(gè)生物反應(yīng)區(qū),其中一個(gè)為好氧區(qū)( 硝化池) , 另一個(gè)為缺氧區(qū)( 反硝化池) 。因此除了具有有機(jī)物降解功能外,還具有硝化和反硝化作用,提高了系統(tǒng)對NH3 - N的去除能力。
1.3 系統(tǒng)組成
本處理系統(tǒng)主要由MBR 系統(tǒng)和保安過濾系統(tǒng)( CMF 連續(xù)微濾系統(tǒng)) 組成。MBR系統(tǒng)是由缺氧池、好氧曝氣池、膜分離池、化學(xué)清洗及反洗系統(tǒng)組成。缺氧池、好氧池及膜分離組件是MBR的核心,定期水反洗,化學(xué)反洗及化學(xué)清洗則對保持膜組件和透水能力起著極大的作用。
膜區(qū)下部設(shè)有曝氣裝置, 曝氣裝置完成兩種功能,既進(jìn)行膜和氣水振蕩清洗, 保持膜表面清潔,又為繼續(xù)在該段進(jìn)行生物降解的生物提供所需的氧氣。為了保證MBR 膜組件具有良好水通量,能持續(xù)、穩(wěn)定地出水,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用反洗、化學(xué)反洗及化學(xué)清洗PLC自控程序。保安過濾系統(tǒng)也設(shè)有反洗和化學(xué)清洗系統(tǒng)。
水反洗程序:MBR按一定的周期( 可根據(jù)運(yùn)行情況調(diào)整) 以組件為單位依次自動(dòng)進(jìn)行反洗,以恢復(fù)膜的水通量。在反洗過程中, 由反洗泵從清水池/ 反洗水池內(nèi)將濾過水經(jīng)MBR膜組件的清水出口由泵打入中空纖維膜區(qū)進(jìn)行清洗。
化學(xué)反洗程序:MBR運(yùn)行一段時(shí)間若將由PLC 控制自動(dòng)進(jìn)行化學(xué)反洗,化學(xué)反洗的過程與清水反洗相同,只是分別由檸檬酸加藥泵,次氯酸鈉加藥泵將清洗藥品加入反洗管內(nèi)。檸檬酸有助于去除附在膜上的無機(jī)結(jié)垢物,次氯酸鈉有助于去除有機(jī)物附著物。每次化學(xué)反洗時(shí)并非都要加入上述兩種藥液,而是根據(jù)MBR運(yùn)行的情況而定。
化學(xué)清洗程序:化學(xué)清洗是在MBR運(yùn)行的半年至一年間( 具體時(shí)間需根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)及設(shè)備運(yùn)行情況確定) 。對膜組件進(jìn)行徹底清洗。清洗時(shí)用吊車將一套膜組件從曝氣池內(nèi)提出,浸泡到預(yù)先配好的藥液( 檸檬酸或次氯酸鈉) 的化學(xué)清洗液槽中,每次可浸泡一套膜組件,以充分去除附在膜組件上的污染物,清洗完畢后,再由吊車吊回曝氣池內(nèi),與化學(xué)反洗相似,每次化學(xué)清洗并非都需要上述兩件藥液浸泡,而是根據(jù)MBR的運(yùn)行情況而定?；瘜W(xué)清洗槽內(nèi)的藥液可定時(shí)定量計(jì)量,通過檸檬酸加藥泵和次泵酸鈉回加泵以及槽內(nèi)的液位控制裝置可自動(dòng)控制槽內(nèi)的藥液濃度?；瘜W(xué)清洗槽后有一臺循環(huán)泵與真空泵共用的雙向泵,循環(huán)泵的作用是充分混合化學(xué)清洗液,以便于徹底清洗。
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由于金陵分公司煉油原油品種70 %是進(jìn)口原油,且含硫量比較高,因此排放的廢水中含有大量的有毒有害物質(zhì),在廢水中所帶的一部分難于降解的污染物,加大了煉油廢水處理的難度。因此,在生化處理過程中得不到很好的處理,從而增加了很大難度。
2 運(yùn)行情況
2.1 膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行性能
本工藝采用的聚偏氟乙烯( PVDF) 中空纖維膜膜生物反應(yīng)器(MBR) ,是諾衛(wèi)公司開發(fā)出的高抗污染性PVDF 中空纖維膜及有效的清洗技術(shù), 它具有如下的特點(diǎn):
(1) 膜材料為PVDF ,自身抗污染能力強(qiáng),不易被污染物粘附,易清洗,適于污水處理;
(2) 孔隙率高(達(dá)85 %以上) ,通量大[ 高達(dá)10 ～15 L/ (m2 ·h) ] ;
(3) 膜材質(zhì)化學(xué)性能穩(wěn)定,抗氧化能力強(qiáng),可以用酸、堿氧化劑清洗,配上獨(dú)特的清洗系統(tǒng),清洗后通量可完全恢復(fù);
(4) 能耗低,出水水質(zhì)好,水中懸浮物和濁度接近于零,可直接回用;
(5) 系統(tǒng)自動(dòng)化程度高,采用PLC 控制,可實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化控制。
2.2 一級處理效果
根據(jù)諾衛(wèi)公司原設(shè)計(jì),用二級浮選出水直接進(jìn)入MBR 系統(tǒng)進(jìn)行處理,進(jìn)出水水質(zhì)如表2 。
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從表2 可以看出,氨氮的效果幾乎為負(fù)數(shù),主要是因?yàn)樵贛BR 的生化池中回流比過大,COD 的去除沒有一個(gè)梯度。因此,硝化的條件不足,難于形成硝化反應(yīng),硝化菌是一種自養(yǎng)菌,它們在生長繁殖過程中,不需要水中的有機(jī)物為養(yǎng)料,因此水中COD 不能太高,否則將引起異養(yǎng)菌的大量繁殖,抑制硝化菌的生長,對硝化作用產(chǎn)生不良影響。一般控制污水中COD 小于180 mg/ L 。但在同級MBR 池中難于達(dá)到這樣的環(huán)境,所以對氨氮的去除不起作用。
COD 的絕對值幾乎保證在70～100 mg/ L ,而傳統(tǒng)的推流式曝氣池10 號池的出水COD 在150 ～250 mg/ L 之間;看來MBR 對COD 的去除遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)曝氣池,去除率能穩(wěn)定在78 %～85 %。
2.3 二級處理效果
根據(jù)一級處理的情況分析,MBR 池對氨氮的處理效果幾乎為零,主要原因是碳源過高,沒有硝化反應(yīng)的條件和環(huán)境,所以對氨氮的處理不起作用,為了解決這個(gè)問題,利用一個(gè)4 000 m3 的推流式生化池當(dāng)作一級處理, 處理后的污水再進(jìn)入 MBR 池進(jìn)行處理。這樣就可以把大部分的碳源從9 號池去除掉。到MBR 的污水就可以在低碳的情況下進(jìn)行硝化反應(yīng),然后再進(jìn)行反硝化,從而去除氨氮,處理數(shù)據(jù)如表3 。
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2.3.1 處理COD 的效果評價(jià)
煉油污水中,含有大量的難降解有機(jī)物和有毒有害物質(zhì),特別是加工高含硫原油的煉油污水,給生化處理帶來較大的困難。雖然生化進(jìn)水COD 值不高,但由于硫化物和氨氮的疊加作用會(huì)影響和抵制微生物的生長,從而使生化難于進(jìn)行。MBR 裝置運(yùn)行的前三個(gè)月時(shí)間,COD 曾穩(wěn)定在60～90 mg/ L ,盡管有時(shí)會(huì)受上游裝置開停工的沖擊,但系統(tǒng)出水都能穩(wěn)定在這一范圍,保持COD 去除率在78 %～85 %。由此可見,MBR 在保證具有良好的出水水質(zhì)和高去除率方面有非常重要的作用。
2.3.2 處理氨氮的效果評價(jià)
在煉油污水處理系統(tǒng)中對污水的氨氮處理是比較困難的,它需要比較長的生化時(shí)間,必須在低碳的環(huán)境中生成硝化菌,利用硝化菌去除氨氮。本工藝?yán)靡患壣?先除去COD ,COD 值150～ 200 mg/ L 時(shí),再進(jìn)入MBR 系統(tǒng),這時(shí),MBR 池中的硝化菌能大量繁殖,從而進(jìn)行硝化反應(yīng)。p H 從中也會(huì)降低1～115 個(gè)單位。為了使其在堿性條件下進(jìn)行硝化反應(yīng),加堿調(diào)節(jié)p H 至7.2 以上,這樣 MBR 出水氨氮濃度維持在5 mg/ L 以下,在實(shí)際的操作中只要不受沖擊,不打破平衡,氨氮的去除率都能穩(wěn)定在90 %以上。
3 影響因素及存在問題
3.1 污泥濃度
從運(yùn)行情況看,MBR 生物反應(yīng)池的污泥濃度高低也會(huì)直接影響處理效果。在實(shí)際操作中,池中的污泥濃度容易上升,因?yàn)橛心さ拇嬖?活性污泥無法流失。因此,污泥的生長速度較快,污泥濃度過高時(shí),碳源又不夠,這時(shí)污泥會(huì)自身氧化、分解。從而使COD 升高,影響出水的COD 值,在實(shí)際操作中一般控制在2 500～4 000 mg/ L 。
3.2 溶解氧
溶解氧的高低也會(huì)直接影響活性污泥的生長,當(dāng)溶解氧過高時(shí),會(huì)使污泥分解,產(chǎn)生大量的泡沫,使污泥活性降低,從而影響處理效果,產(chǎn)生大量的泡沫,會(huì)溢流至池外,造成環(huán)境污染。在生產(chǎn)過程中,溶解氧一般控制在2～4 mg/ L 。
3.3 pH值
在MBR 生物反應(yīng)池中,p H 值是變化的。因?yàn)橄趸磻?yīng)生成硝酸鹽要能釋放出強(qiáng)酸,使污水 p H 值降低,而硝化作用需在弱堿條件下進(jìn)行,為保證硝化作用的正常進(jìn)行,需向污水中加堿,調(diào)整污水p H 在7.2 以上。
3.4 存在問題
(1) MBR 生物反應(yīng)器應(yīng)用于煉油廢水處理中,石油類物質(zhì)對膜的污染是比較敏感的,膜長期浸泡在煉油污水中,表面會(huì)吸附和積累石油類,從而會(huì)使通量下降,最后會(huì)影響處理量。
(2) 由于膜的作用,活性污泥不可能流失,因此,過剩的活性污泥量會(huì)多很多,為了確保正常的生產(chǎn),每天需排過剩污泥,這樣給污泥的后處理增加了費(fèi)用。
(3) COD 的去除率還不夠理想,雖然比傳統(tǒng)的生化曝氣有比較大的優(yōu)勢,但作為一種新技術(shù),處理有機(jī)物,最后的絕對值還停留在70～100 mg/ L , 有待進(jìn)一步完善。
(4) 由于活性污泥的生長速度快,容易使池中產(chǎn)生大量的泡沫。若發(fā)現(xiàn)不及時(shí),沒有及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù),就容易產(chǎn)生溢池,污染環(huán)境。
4 成本核算
4.1 直接成本
直接成本,如表4 。
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4.2 間接費(fèi)用
4.2.1 膜更換費(fèi)用
膜的壽命年限以5 年計(jì),每片面積為1215 m2 MBR 膜的成本在2 000 元;則每產(chǎn)一噸水,膜更換費(fèi)用為:0.36 元
4.2.2 系統(tǒng)折舊
設(shè)備系統(tǒng)折舊年限以10 年計(jì),則每產(chǎn)一噸水折舊費(fèi)用為:0.418 元土建系統(tǒng)折舊年限以20 年計(jì),則每產(chǎn)一噸水折舊費(fèi)用為:0.16 元以上三項(xiàng)合計(jì): 0.36 + 0.418 + 0.16 = 0.938 元/ t 413 總的費(fèi)用直接費(fèi)用+ 間接費(fèi)用: 0.80 + 0.938 = 1.738 元/ t
5 結(jié)論
(1) 該聚偏氟乙烯中空纖維膜生物反應(yīng)器,在一定的操作條件下,工作通量為10～15 L/ (m2 · h) ,剛開始三個(gè)月內(nèi)通量有所下降,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)三個(gè)月后,通量比較穩(wěn)定,壓力沒有繼續(xù)向上升的趨勢。
(2) MBR 系統(tǒng)處理煉油廢水,采用二級氧化后,COD、油、N H3 - N、濁度的平均去除率分別穩(wěn)定在80 %、60 %、90 %、99 %以上,比傳統(tǒng)的生化效果有明顯的效果優(yōu)勢。
(3) MBR 系統(tǒng)的出水,基本上不帶菌類,運(yùn)行半年來,出水后的管線,池壁都不長藻類,為回用后續(xù)工藝,打好了基礎(chǔ)。
(4) MBR 系統(tǒng)在保證出水水質(zhì)良好和去除率的穩(wěn)定性方面起著非常重要的作用。
(5) MBR 裝置自控程度高,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,各設(shè)備、管道、閥門、儀器、儀表特別是核心部件膜組件能正常工作。
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