中空膜生物床处理港口含油废水的研究
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摘要：采用中试规模的中空膜生物床处理混凝沉淀后港口含油废水。进水COD浓度为245～544mg/L，当HRT=4h时，出水COD平均浓度为146.5mg/L，平均去除率为64.2%；当HRT=8h时，出水COD平均浓度为133.4mg/L，平均去除率为64.6%。采用活性炭对MBR出水进行深度处理，处理后出水的COD浓度均小于130mg/L，NH4+-N浓度为1.2～4.1mg/L，石油类污染物浓度为0.4～0.9mg/L。MBR稳定运行期间，膜组件的操作负压稳定在0.03MPa以下，远低于化学清洗时的操作负压控制标准0.05Mpa。
关键词：中空膜生物床 含油废水 中试研究 HRT
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：
Study on Treatment of Harbor Oil-Contained Wastewater with Membrane Bio-reactor (MBR) Process
Yang Yue
（Tianjin Research Institute of Water Transport Engineering Laboratory of Environmental Protection in Water Transport Engineering,Tianjin300456）
Abstract: A Pilot-Scale Membrane Bioreactor (MBR) was applied to treat harbor oil-contained wastewater after coagulation-sedimentation process. When the influent COD was 245～544mg/L, average COD concentration of effluent from the MBR was 146.5mg/L under the HRT of 4h, with the average removal efficiency of 64.2%; Under the HRT of 8h, average COD concentration of effluent was 133.4mg/L, with the average removal efficiency of 64.6%. Advanced treatment of effluent from MBR was carried out by PAC adsorption. After this process, COD concentration was less than133.4mg/L, ammonia nitrogen was 1.2～4.1mg/L, oil content was 0.4～0.9mg/L. Transmembrane Pressure (TMP) of MBR was less than 0.03MPa throughout the one-year operation time
Key words: Membrane bioreactor; harbor oil-contained wastewater; pilot-scale; HRT
近年来，膜技术在污水处理领域中的应用特别是与生物反应器相组合的膜生物反应器（MBR）工艺作为一种新型高效污水处理技术得到了广泛的研究与应用，它具有节省用地、易于实现自动化等优点。经过不断的研究与改进，技术日益成熟，目前已有大量MBR工程应用实例[1,2]，具有成熟的运行经验可供借鉴。与其他传统工艺相比，MBR在出水稳定、节能环保和设备可靠等方面都具有明显的优势。本文即利用中试规模的中空膜生物床处理混凝沉淀后的港口含油废水，研究其对COD、氨氮的处理能力，并就水力停留时间 (HRT) 对MBR除污效能的影响进行了探讨。
1 材料与方法
1.1 试验装置与运行方式
1.1.1 膜生物反应器
膜生物反应器中试装置由不锈钢板制成；外观尺寸为L×B×H=1000×800×800mm；有效容积为0.40m3；反应器中的水位通过液位计控制进水泵的开启来保持恒定。系统出水采用恒流泵抽吸出水，出水水量由恒流泵调节控制，采用8min出水/2min停的出水方式。汽水比为1：20。
试验用膜组件由多幅帘式膜组合而成，单幅膜的详细参数见表1。
表1 膜组件参数
1.1.2 试验用水与污泥来源
试验用水取自天津市某港区含油废水处理系统混凝沉淀后出水。
接种污泥为由实验室功能菌经三级扩大培养后的活性污泥。首先将实验室功能菌液在摇床上完成1000mL的培养，然后在25L的塑料桶在完成25L的二级扩大培养，最后在有效容积500L容器中完成500L菌液的三级扩大培养，经过一周的培养结束后，将菌液分装在3个25L的塑料桶中运抵中试试验投入生化处理系统进行适应性。第一天将经过混凝沉淀预处理的排放含油污水及少量港区生活污水加入至生化池的一半，曝气扩大培养；水中的溶解氧在3.5～5.0mg/L。第二天又陆续进水继续曝气培养。第四天将水加满，溶解氧控制在4.0～4.5mg/L。
1.3 分析项目及方法
pH、COD、氨氮、含油量、含盐量均采用标准方法测定[3]。
2 试验结果与讨论
2.1 MBR对含油废水中COD的处理效果
在膜生物反应器系统中，水力停留时间HRT是一个重要的参数，它不仅与系统的处理效果有关，还直接关系到生物反应器的大小，影响系统的基建投资，因此，确定合理的HRT对保证膜生物反应器的出水水质，节省工程投资具有非常重要的意义。
试验在水温为22～28℃，进水COD浓度为245～544mg/L，盐度为3500mg/L～8000mg/L，石油类2～6mg/L，pH=6.5～7.0的条件下，考察HRT分别为4h、6h、8 h时MBR对COD的去除效果（见图1）。试验数据表明，当HRT=4h时，MBR对COD的平均去除率为64.2%，出水COD平均浓度为146.5mg/L；当HRT=8h时，MBR对COD的平均去除率为64.6%，出水COD平均浓度为133.4mg/L。在HRT较长的条件下，污染物的去除效果并没有明显的优势，说明在该套工艺中，HRT过长意义不大。在后续的放大工程中，建议选择HRT=4～6h作为设计的主要参数。
图1 膜生物反应器COD去除性能
同时由以上数据可知，部分运行时段MBR出水COD>150mg/L，不满足排放标准的要求。为此，我们探讨了在膜生物反应器后耦合活性炭吸附池对出水进行深度处理。处理效果见图2。
图2 活性炭深度处理后出水COD变化
试验结果表明，活性炭深度处理后出水的COD浓度均小于130mg/L，可以达到并优于国家二级排放标准。出水的COD平均去除率基本稳定在70%左右，体现了膜生物反应器耦合活性炭吸附的高效去除率和稳定性。
2.2 MBR对其他污染物的处理效果
中试试验中，MBR对其他污染物的去除性能统计结果见表2。试验结果表明：MBR与活性炭吸附联用后，最终的BOD5出水浓度为17.2～38.9mg/L，小于60mg/L的排放限值。MBR的NH4+-N出水浓度为2.7～6.8mg/L，去除率为80.5～91.2%；活性炭吸附出水NH4+-N浓度为1.2～4.1mg/L，即活性炭吸附对于污水中氨氮去除的作用不明显，大部分氨氮主要依靠MBR中硝化菌、亚硝化菌等脱氮微生物的降解。MBR进水中石油类污染物浓度较低，为2.0～5.8mg/L；经过MBR及活性炭的进一步去除，最终的出水石油类污染物浓度为0.4～0.9mg/L。
表2 稳定运行期MBR对其他污染物的去除效果
2.3 MBR膜污染
由于采用表面错流流速模型设计[4]，MBR稳定运行期间，膜组件的操作负压稳定在0.03MPa以下，远低于化学清洗时的操作负压控制标准0.05Mpa，油类污染物对于膜组件的污染程度较小。
3 结论
(1) MBR处理含油废水的中试试验中：进水COD浓度为245～544mg/L，当HRT=4h时，MBR对COD的平均去除率为64.2%，出水COD平均浓度为146.5mg/L；当HRT=8h时，MBR对COD的平均去除率为64.6%，出水COD平均浓度为133.4mg/L；较长的HRT对反应器运行的积极作用不明显。
(2) 单独采用MBR处理该类含油废水，部分运行时段出水COD>150mg/L，不满足排放标准的要求。采用活性炭进行深度处理后出水的COD浓度均小于130mg/L，NH4+-N浓度为1.2～4.1mg/L，石油类污染物浓度为0.4～0.9mg/L，可以达到并优于国家二级排放标准。
(3)MBR稳定运行期间，膜组件的操作负压稳定在0.03MPa以下，远低于化学清洗时的操作负压控制标准0.05Mpa。
参考文献：
[1] 朱亮，朱凤春，许旭昌，等. MBR/PAC组合工艺处理污水厂尾水的中试研究. 中国给水排水，2006, 25 (5): 59~62.
[2] 曹斌，黄霞，Kitanaka A., 等. MBR-RO组合工艺污水回收中试研究. 环境科学，2008, 29 (4): 915~919
[3] 国家环境保护局. 水和废水监测分析方法. (第四版). 北京: 中国环境科学出版社, 2003.
[4] Guoyi Li, Yanjie Wei, Bin Wang, et al. Optimization Design of Membrane bio-reactor (MBR) in Nanjiang Oily Wastewater Treatment Plant of Tianjin Port. 2nd Conference on Environmental Science and Information Application Technology, ESIAT 2010.