【摘 要】本文对膜生物反应器的技术发展和应用实践进行介绍，根据膜生物反应器在焦化废水深度处理中试工艺的应用效果，对膜生物反应器应用于焦化废水深度处理技术的可行性进行分析。
【关键词】膜生物反应器 焦化废水 深度处理
焦化废水是焦化厂在焦炭炼制、煤气净化及化产回收过程中产生的，含有高浓度的酚、氰、硫、氮及多环芳烃等。目前各焦化企业大多采用A-O（厌氧-好氧）组合工艺的生化法处理焦化废水，处理后的废水仍含有少量有害物质，排放后仍然对江河造成一定污染。为了彻底解决焦化废水的污染问题，有效利用水资源，目前，国内有很多科研单位致力于焦化废水的深度处理研究，但因技术难度较大，焦化废水深度处理一直是国内外废水处理领域的难题。综合目前各种水处理技术和对国内焦化废水深度处理技术的研究成果，膜生物反应器法应用于焦化废水深度处理有较大技术优势，本文予以详述。
1．焦化废水深度处理技术研究现状
焦化废水深度处理的制约因素主要是由于生化处理后的废水中仍含有大量COD等难降解有机物质，对后续深度处理设备的连续正常运行造成致命影响，因此，有效降解这部分剩余的少量有机物，达到目前常规的水处理设备供水水质要求，是解决废水深度处理的技术关键。
目前，通过物理、化学、生物化学对生化废水进行处理，都有一定效果，但单一的物理、化学、生物化学方法都难以达到理想效果，需要综合应用这些方法才能实现预期效果，纵观已有的研究成果，目前主要有微波催化氧化法、电解催化氧化法、臭氧催化氧化法、曝气生物滤池法、膜生物反应器法等，这些方法在中试研究中都取得一定成果。
2.膜生物反应器技术简介
膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor）工艺是二十世纪九十年代发展起来的水处理新技术，是生物处理与膜分离技术相结合而成的一种高效污水处理工艺。用膜分离技术取代传统接触氧化法的二沉池和常规过滤单元，膜的高效固液分离能力使出水水质优秀，悬浮物和浊度接近于零，并可截留大肠杆菌等生物性污染物，处理后出水可直接回用，尤其适用于中水处理。其主要优点是：
2.1出水水质好
由于膜的分离作用，不必设立沉淀、过滤等其他固液分离设备。高效的固液分离将废水中的悬浮物质、胶体物质、生物单元流失的微生物菌群与已净化的水分开，不须经三级处理即可直接回用。
2.2占地面积小
膜生物反应器生物处理单元内微生物维持较高浓度，容积负荷大大提高，膜分离的高效性使处理单元水力停留时间大大缩短，占地面积减少。同时膜生物反应器由于采用了膜组件，不需要沉淀池和专门的过滤车间，系统占地仅为传统方法的60％。
2.3运行成本低
由于MBR高效的氧利用效率和独特的间歇性运行方式，大大减少了曝气设备的运行时间和耗电量。同时由于膜可滤除细菌、病毒等有害物质，可显著节省加药消毒的运行费用，膜生物反应器工艺不需加入絮凝剂，提高出水水质,减少运行成本。
2.4系统抗冲击性强，二次污染小
MBR可防止各种微生物菌群的流失，有利于生长速度缓慢的细菌（硝化细菌等）的生长，使一些大分子难降解有机物的停留时间变长，有利于它们的分解，从而系统中各种代谢过程顺利进行。膜生物反应器内生物污泥在运行中可以达到动态平衡，几乎无剩余污泥排放。
2.5自动化程度高，可实现模块化设计
MBR由于采用膜技术，可利用先进的微机自动控制技术，使设备高度集成化、智能化，是目前为止，国内自动化程度最高的水处理设备。由于高度的集成化，MBR形成了规格化、系列化的标准设备，用户可根据工程需要进行组合安装，易于根据水量情况进行自由组合。
综上所述，MBR因具有工艺简捷、出水水质好、二次污染小、运行成本低、系统抗冲击性强、可实现自动控制、运行稳定等优点，应用于污水处理回用工艺具有较大优势。
3. 膜生物反应器在焦化废水处理中试的应用
为了将焦化废水经生化工艺处理后进行深度处理回用，我们应用MBR在宣钢焦化厂的焦化废水处理工艺进行回用实验。
3.1河钢宣钢焦化厂焦化废水处理工艺简介
河钢宣钢焦化厂现有90m3/h的A/O生物脱氮焦化废水处理工艺一套共三系，担负着焦化生产过程中产生的焦化废水集中处理任务。目前采用的是单级A/O生物脱氮工艺。处理后的废水直接用于熄焦。
3.2MBR中试系统
为保证中试效果，此次在厌氧—好氧之前增加了物化反应工艺，以保证供水水质满足A/O生化污水处理水工艺进水要求。
本次试验膜组件采用抗污染的聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜，帘式结构。根据现场环境和膜生物反应器两种布置方式的特点，本实验采用内置式膜生物反应器进行实验研究。研究中试膜生物反应器（MBR）处理流程图：
3.3膜生物反应器（MBR）法COD的去处效果
在试验中，煤气净化工艺运行不稳定，研究中试阶段废水COD在3500~5000 mg/L范围内波动，平均值达4250mg/L，中试系统出水的COD平均为约104 mg/L，去除率保持在97.1%。虽然在进水废水浓度极高的情况下影响微生物的处理效果，但MBR法研究的中试显示仍保持了较高的COD去除率。
此工艺对有机物具有很好的去除效果，并且抵抗冲击的能力强。这主要源于微孔膜的截留作用：一方面是膜对微生物的截留作用使得生物反应器中活性污泥的含量很高，从而生物降解作用增强；另一方面是膜对有机大分子物质的截留，大分子物质可以被截留在好氧反应器内，获得比传统活性污泥法更多的与微生物接触反应时间，提高有机物的去除效率。因而膜在有机物的去除过程中具有重要的作用，它有利于保证出水的稳定性。
3.4膜生物反应器（MBR）法NH3-N去除效果
中试阶段进水NH3-N浓度保持在352~487 mg/L范围，平均值约为420 mg/L。生物处理系统要求NH3-N浓度低于350mg/L，因为过高的NH3-N对微生物有抑制作用，使微生物逐渐丧失活性。根据在线监测当NH3-N浓度高时加入一定量的稀释水保证微生物活性。MBR工艺NH3-N出水浓度约为13 mg/L。
此工艺对氨氮有很好的去除效果，原因有以下几点：（1）由于反硝化菌同化代谢具有优先利用氨氮进行合成菌体的特点，同时从好氧池回流的泥水混合液的氨氮含量较低，可以对缺氧区的氨氮进行稀释，减少了因氨氮含量过高造成的对硝化反应抑制；（2）回流的混合液把好氧区积累的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮带出，促进了好氧区硝化反应的进行，反硝化作用有了明显增强；（3）缺氧池将硝化作用和反硝化作用放在不同的环境下，不仅给反硝化菌提供了缺氧环境，而且原水首先进入缺氧区，为反硝化菌提供了充足的有机物，可以解决反硝化菌的碳源不足的问题，有利于反硝化作用的进行。
3.5酚、氰的处理效果
酚、氰进水平均浓度分别为650mg/L、15mg/L，出水浓度为0.1mg/L、9.5mg/L。经物化预处理的降解等反应和膜生物反应器内高浓度微生物的处理酚、氰的去除率也有所提高。
4.MBR在焦化废水浓度处理中试系统效果评价
焦化废水含有大量有毒难降解的污染物，随着国家对废水排放标准的进一步提高以及废水回收利用技术的发展，传统的生化处理工艺对废水的处理效果不能满足新工艺对水质的要求，而焦化废水深度处理回用后又可节约水资源。采用膜生物反应器法可大大提高废水中污染物的去除率，通过膜生物反应器（MBR）研究中试试验结果表明MBR法有以下优点：
（1）采用物化预处理—生化处理—MBR装置处理焦化废水，能有效去除焦化废水中的各类污染物，COD去除率为96.8%明显高于原生化工艺去除率95.7%，NH3-N去除率为96.7%也高于原生化工艺去除率95%。
（2）膜生物反应器（MBR）可截留绝大部分悬浮物、可溶性大分子物质等杂志，出水清澈、水质较好。
（3）膜生物反应器（MBR）对来水负荷的冲击有较强的耐受力。当来水污染物浓度突然升高时MBR仍能正常运行，并且冲击过后一段时间恢复正常。
（4）该工艺可根据实际情况和要求对物化预处理的各单元进行灵活组合，操作方便。
（5）研究中试结果表明，物化预处理—生化处理—MBR工艺能满足焦化废水深度处理和回用的要求，是一个技术可行的工艺。由于焦化废水含盐量高，处理后的废水不适合直接用作循环水系统补水，但水质满足反渗透装置对进水的要求，经反渗透脱盐后产生的除盐水用途广泛。
随着水资源日益紧张和水污染越来越严重，膜生物反应器作为一种新的污水处理和回用技术越来越被人们重视。膜性能和价格是制约膜发展的一个重要因素，但随着膜制造技术的发展，膜的污染、通量、价格等因素会逐渐得到解决。总之，随着膜技术的不断发展和人们的重视，MBR在污水处理领域会有更广泛的发展。
论文作者:李国庆
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第16期
论文发表时间:2016/11/15
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