“混凝气浮-膜生物反应器”处理林化废水工程运行调试研究*

秦普丰 徐志霖 孙志科 戴春皓 周惜时 蒋 敏

（1. 湖南农业大学资源环境学院，长沙 410000；2. 湖南德邦环保科技有限公司，长沙 410000）

1．引言

林化企业生产过程中产生大量林化废水，林化废水具有毒性和刺激性，生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）较高，pH值不稳定，废水温度较高，油污染较为普遍等诸多特点。几十年来，国家在化工污染治理方面出台了强有力的政策，同时投入大量的资金，建立和完善了大批化学工业废水治理设施，使得环境质量有了明显的提高。然而，我国对化工污染治理的脚步远远没有化工业发展的脚步快，化工污染的治理率还比较低，化工废水治理率仅为20%左右[1]。因此，研究一种经济、运行方便高效的工艺处理林化废水具有十分重要的现实意义。[2-4]

2．废水的水质水量以及处理工艺流程

本文拟采用“高效溶气气浮”作为污水前处理的主工艺，并采用“膜生物反应器”作为主导处理工艺。该废水主要污染物是油类、CODCr、BOD5等，其中有含氢过氧化物废水CODCr为800～900 mg/L，脂 类 废水CODCr为300～400mg/L，氢化废水CODCr为300～400mg/L，含冰片等 废 水CODCr为300～900mg/L，机电冷却水CODCr为150mg/L左右，冷却回流水CODCr为30mg/L左右。总排口废水属于有机废水，一般含油量为200～1000mg/L，CODCr为500～1000 mg/L，BOD5为200～400mg/L，其水质水量波动较大，变化幅度通常为1～3 倍，对处理工艺具有较高的耐冲击负荷要求，但不含重金属和有毒物质，适于生化处理。

废水经格栅后自流入各车间收集池，然后统一流入隔油池，通过重力隔油隔除废水中存有的浮油；隔油池出水流入调节池，通过调节池调节水质水量后由水泵抽入气浮装置，通过混凝气浮对其中的COD、SS及油类油尽可能去除；气浮出水进入膜生物反应器，对水中的有机物、悬浮物作最后的去除；出水先储存于回用水池，用作车间冷却水，余水通过溢流渠道排至附近水体中。膜生物反应池中截留得污泥一部分通过回流泵打回至好氧池前端，再有剩余污泥则抽至污泥干化池自然干化；气浮池的浮渣亦排入干化池，干化后的污泥外运。处理工艺流程见图1。

3．主要建筑物及其设备

车间预处理池：利用原有池进行改造，进行一定的功能分区改造，添加一定的促进沉淀分离和隔油分离的填料，采用潜污泵提升、管道输送、自动液位控制的清污分流方式。

格栅槽：格栅槽采用砖混结构，内空尺寸：利用原有改造。

隔油池：调节隔油池主要是去除水中大部分的浮油，清除方法采用人工方式 ，确保后续工段的正常运行。

调节池：调节池主要是对水温和水量、水质进行调节。确保后续工段连续稳定运行。内空尺寸：8000mm×5000mm×3000mm。调节池采用地下式结构。调节池出水用提升泵通过计量后抽入气浮装置，潜污泵一台，Q=18m3/h，H=10m，P=1.5kW，计量采用污水用转子流量计。

高效气浮装置：气浮主要是对水中的微小油滴和乳化油进一步去除，清除方法采用刮渣系统，确保后续工段的正常运行。气浮装置采用定做装置，处理能力为18m3/h，设备采用国外技术，处理效果好而且操作简便。气浮配套溶药加药系统一套，分别有硫酸铝加药装置、PAM加药装置。

膜生物反应器：对废水进行好氧处理，较为彻底地分解水中的有机物。 内空尺寸：7000mm×5000mm×5000mm。MBR池体为半地下式；曝气采用Ф63橡胶微孔曝气管110m，氧利用率设计为20%，供气使用鼓风机两台（N=10kW，Q=8.50m3/min，P=50kpa）、污泥 泵 一台（Q=7m3/h，H=10m，P=0.75kW）、抽吸泵两台（Q=12.5m3/h，H=12.5m，N=1.1kW）、膜组件为浸入式中空纤维膜240组。

回用水池： 3500mm×2000mm×3000mm。中间水池采用地下式结构。

污泥干化池：污泥干化采用自然干化，渗出液返回调节池。干化池采用地上砖混结构：3000mm×2000mm×1000mm，共两组。

鼓风机房、控制室、加药间：采用地上砖混结构，内空尺寸：4000mm×3000mm×3800mm。

图1 林化废水处理流程图

4．工程的调试运行

4.1 混凝气浮调试

气浮装置采用加压回流溶气气浮，需调节其进出水阀门而使气浮达到如期效果。首先，逐渐调小进口阀门，直到真空表的负压显示0.1kg/cm2（在-0.1kg/cm2～0.3kg/cm2内）；然后，开启吸气阀，使吸气量设定在水流量的7%～8%，大约为1m3。调节出口压力阀门，观察压力表显示3.8 kgf/cm2（在3.5 kgf/cm2～4.0 kgf/cm2之间），观察气浮池内产生气泡的情况，逐渐对进口阀门、出口阀门及吸气阀门进行微调节，直到观察到气浮池内出现大量微小气泡而使池内水变成乳白色，此时气浮装置调节成功。

对于混凝剂量的调节以调节池调节水量，保持进入系处理系统的水量平均为15m3/h。配置硫酸铝浓度为10%、PAM为2‰，则调整计量泵的流速为6L/h、22.5L/h。废水本身的pH值长期稳定在7～8之间，不需要特殊的调节，只需预备NaOH溶液，做突发情况处理。每隔半天取混凝气浮出水测定其COD、SS、OIL去除率。调试过程中对废水COD的去除率最高只达到了40%，对于SS的去除率只有34%，而对于OIL的去除率也只有24%，小于试验数据。观察水中的絮体，可以看到，絮体较小，没有大量的积聚，从而得出是硫酸铝的量投加不足所致。因此调整进药计量泵，使硫酸铝进水流速达到8L/h，PAM相应达到28L/h。运行1d后，再次取水样观察，其中絮体已较大，并积聚明显，测其各指标得到COD、SS、OIL去除率分别达到了52%、50%、46%，与试验结果一致。至此混凝气浮调试阶段完毕。

4.2 膜生物反应系统活性污泥的培养及驯化

（1）污泥培养方案

对于活性污泥的培养，一般有两种方式[6]，一种是直接接种法，是指将已培养好的污泥加入待处理的废水中，进行闷曝，逐渐调整进水量，直到污泥中的菌种完全适应所需处理污水的性质。这种方法的培养周期短，但微生物在初期时可能会出现不适应水质的情况而部分死亡，需控制好进水的浓度。另外一种是直接培养法，是在需处理的污水中不加入微生物而直接进行“闷曝-换水-闷曝”，使污泥中的微生物自己生长，直到满足处理要求的污泥浓度，此种方法所培养出的污泥因为是由需处理的污水中生长起来的，因此较适应所处理的污水水质，但是要求其需处理的废水中营养物质均衡，而且其培养的周期较长。

在本文中，由于所处理的废水是林化废水，废水中营养物较缺乏，微生物少，不宜采用直接培养法。从而采用间接接种法在接种后开启鼓风机进行闷曝，控制溶解氧浓度为1～2mg/L，多余的气由调节池的气管放走，直到污泥由黑色变为棕黄色，即表示污泥由大部分的厌氧泥成功转化成为好氧泥。初期不进污水，为使污泥中的微生物快速增长，采用向池内投加面粉的方式，为其提供生长所需的营养物质，同时采用间歇曝气的方式，开2h停1h的频率。当测得池内MLSS达到2500左右时，减少投加面粉量并加入废水，开始废水进水量控制在30m3/d，以保证对池中微生物不产生大的冲击，保持进水量运行7d后，在检测污泥浓度没有大的变化后加大废水进水量，直至达到完全进污水，即300m3/d。进水周期如表1所示。

表1 污泥驯化计划表

（2）污泥接种量

接种的活性污泥取自市污水厂污泥浓缩池中的污泥，含水率约97%。依照处理池池容，活性污泥池有2个池子共180m3，为使初期污泥量达到1000mg/L左右，直接加入6t污泥到膜生物反应器水池中进行培养。

（3）运行结果与分析

对COD去除的效果如图2所示。

由图2中可以看出，对COD的去除最高达到了83%～85%，出水COD最低达到20mg/L左右。在调试的40多天中，出水及去除率在不断波动中，每次波动都是在加大进水量的时候。这是因为加大了进水量，使池内的COD负荷加大，对微生物的冲击较大，因此微生物不适应突然变化，而使去除率降低，但在每次波动后都在之后的5～6d时再次达到去除效果最好的点，而且每次的去除率都有一定提升。这是因为微生物在不断适应水质，选择出了适应水质的微生物，并且大量繁殖生长，所以对污水的处理效果在不断增强。在最后水量由250m3/d提高到300m3/d时，出水浓度及去除率的变化不大，证明微生物已经完全适应了废水，有一定的抗冲击能力，可稳定地运行处理废水。在图2中，前期的去除率比较高，而稳定的去除率却没有超过最初的去除率，原因在于最初进水量较小，而池容较大，废水加入后被稀释较多，相比较来说出水水质较好，并不是前期微生物去除效果的真实体现。

图2 膜生物反应器对COD的去除效果

对SS去除效果如图3所示。

由图3中可以看出在培养污泥期间，出水的悬浮物浓度一直保持在4～5mg/L，去除率也稳定在50%，有些小的波动也是因为进水悬浮物浓度变化而引起的，跟污泥浓度的关系不大。这是因为，膜生物反应器在去除悬浮物时，主要靠的是膜的截留作用，将大部分的悬浮物截留到了池中。只有污泥浓度到达一定程度时，对于悬浮物的去除有一定的吸附作用，那时，系统的出水悬浮物将更低，并且更稳定。对油类的去除作用如图4所示。

图3 膜生物反应器对SS的去除效果

在培养污泥的这一段时间对于废水中油类的出水最低浓度达到2mg/L，去除率最高达到79%。可见膜生物反应器对水中的油类也具有一定的去除效果，出水和去除率一直较稳定。在初期增加负荷时，曾有一段时间的出水含量升高，去除率降低。这是由于对于油类的去除，不仅仅是膜的截留作用，还有活性污泥的吸附以及污泥中微生物的降解，在微生物受到水量加大的冲击时，降解能力下降，从而影响到了油类的去除效果。在污泥培养的后期，污泥中微生物对于水质已经适应，能够抗击一定的冲击，因此，出水效果就比较稳定。

图4 膜生物反应器对油类物质的去除效果

在调试期生物反应池内污泥浓度变化情况如图5所示。

从图5中可以看出，在调试期间，污泥浓度随时间推移逐渐提高，初始的浓度为1000mg/L， 45d左右时，污泥达到4850mg/L。但在第10d时，由于加入的污水中含有冰片车间的废水，有毒害成分，对污泥浓度的影响较大，造成了污泥的死亡。在了解情况后，停止冰片车间的进水，并再次加入面粉等营养物，使污泥浓度恢复。在污泥的培养及驯化过程结束时，通过镜检，可以观察到池中大量存活有钟虫类、盖虫类微生物，微生物生长情况良好，对于水中的污染物的去除效果达到稳定状态。

图5 膜生物反应器MLSS变化图

4.3 膜生物反应系统活曝气量调整

膜生物反应器的曝气量是一个影响系统运行的重要参数，曝气首先的作用是为活性污泥中的微生物降解污染物提供氧气。如果曝气量过于小，微生物得不到充足的氧气进行活动，则会影响其对废水中污染物的降解；而曝气量过大，会使微生物过度氧化，絮状污泥被气泡打散，影响污泥的吸附力以及微生物的活性。再次，曝气也是为了防止膜污染，通过曝气使水产生紊动，从而使膜上的沉积层脱落，保证正常的膜通量。如果曝气量过小，不能达到使水产生紊动，膜上的沉积层会逐渐增厚，进而降低膜通量，使出水压力更大，耗能更多，而且使膜的寿命减少；如果曝气量过大时，气泡的冲击力可能会将膜丝冲断或损坏，同样对系统不利。因而需通过不断调整得到一个最佳的曝气量参数，系统的曝气量将通过溶解氧（DO）的值表现出来。本工程在调试阶段将溶解氧浓度控制在了1～2mg/L，活性污泥中的微生物长势良好。在正常运行时活性污泥区控制溶解氧在2～3mg/L，可保证有效的处理率，膜区的曝气量控制在80m3/m2·h，可保证有足够量的空气冲刷膜组件以减少膜污染。每天连续运行20h。通过阀门配合将来自鼓风机多余的空气放至调节池，并且间歇性出水，保持膜的抽吸开启12min、停2min的频率，在膜停抽时利用曝气冲洗膜，来保持膜通量的稳定。

4.4 膜生物反应系统活性污泥回流调整

由于膜生物反应器处理有两个连通的池子，只有一个池子内装有膜组件，使得两个池子中的污泥浓度发生变化。具体表现为装有膜组件的池中污泥浓度不断升高，而另一个池中的污泥浓度不断降低。分析原因是由于膜的抽吸出水使得污泥不断随水流入装有膜组件的池中，导致前一个池中的污泥减少。因此，为保持两个池中污泥浓度均衡，设污泥回流泵一台。实际调试发现，当出水量与进水量相等即为30m3/h时，即可保证两池中污泥浓度均衡。

5．结论

（1）在经过7d天左右的时间调试后，污水站的膜生物反应系统运行正常，对于COD、SS、OIL均有良好的去除效果，出水分别稳定在30mg/L、6mg/L、4mg/L，去除率在89.1%、70%、87.3%。

（2）对于营养成分不好，而且含有化学物质的林化废水活性污泥的培养，比较快速的方法是接种并投加营养物培养法。在活性污泥浓度达到一定高度后，采用低负荷进水配合营养物（如面粉等），并逐渐提高废水浓度到达设计进水浓度的方式，使活性污泥中微生物逐渐适应废水。

（3）膜生物反应器去除悬浮物的效果非常明显，主要是由于膜组件对悬浮物的截留作用，而污活性泥的作用较小。

（4）膜生物反应器对于废水中油类的去除作用，是活性污泥中微生物的降解、活性污泥的吸附以及膜的截留共同起作用完成。

（5）膜生物反应器运行时曝气量是重要的一个因素，培养活性污泥时应控制1～2mg/L，在正常运行时活性污泥区保持溶解氧为2～3mg/L，膜区控制曝气强度为80m3/m2·h。运行时采用间歇运行，膜抽吸泵开启12min、停2min，以保证膜通量的稳定。

（6）在出水量为30m3/h时，回流泵流量为30m3/h，可使反应池内污泥浓度保持均衡。

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