膜生物反应器在含油污水处理中的应用

膜生物反应器在含油污水处理中的应用

夏立军张爱华程勇

洛石化水务中心河南洛阳471000

摘要：本文即从炼油污水当中膜的实际运行状况予以深入的探析，对出现膜污染的具体成因展开阐述，并依据具体的情况来寻找可行的应对之策，从而能够为炼油污水的处理提供行之有效的技术支撑。

关键词：炼油污水；膜生物反应器；膜污染；膜通量

1炼油污水场及MBR工艺

1.1工艺介绍

炼油污水场来水分含盐、含油两股废水，分别先经均质罐、斜板隔油（CPI）涡凹(CAF)、斜板加压气浮（ADAF）等设施预处理，去除相应的可浮油、乳化油后；再经水解酸化、一级好氧、一级沉淀、二级好氧、MBR等多相组合生化单元，去除有机物、氨氮，最后通过活性炭进一步吸附，达到标准排放或回用。改造后的MBR池内，上部安装聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）材质的中空纤维膜组件，公称膜孔径为０.１μm，通过物理过滤的原理，在产水自吸泵的抽吸下，使泥水得以分离。下部设有曝气装置，曝气装置完成两种功能，一是对膜形成气水振荡清洗，保持膜表面清洁，预防膜污染；二是向微生物供氧，使污水中有机物得以进一步的降解。

1.2MBR技术优势

1.2.1自动化程度高，管理方便

MBR膜产水系统主要由产水泵、膜组件、真空泵、压缩空气、自动阀门和监测仪表等元件组成，为预防膜污染，设计膜组为间歇运行，产水泵变频启动，每开起8分钟停止2分种，各组依次进行，通过PLC实现自动控制。。

1.2.2出水水质好，浊度低

MBR膜截留孔径为0.002～0.1um，能把绝大部分的细菌、藻类、胶体物质和微小颗粒物质截留在池内，系统处理后的出水浊度正常情况下控制指标小于5NTU，出水悬浮物SS也较低。

1.2.3无污泥流失现象，抗冲击

膜生物反应器这种工艺能够实现对污水的处理和会用，其将膜技术在好氧活性污泥处理系统当中予以有效的应用，通过模组件来将过去的生物处理技术当中的二次沉淀池予以替代，实现固液有效分离，采用此种工艺能够使得污泥膨胀流失的情况得到有效避免。

1.2.4工艺灵活，氨氨去除有保障

MBR与水解酸化、好氧、沉淀、好氧组合成多相膜生物反应器，MBR池内的污泥，可根据运行需要回流至水解酸化段或好氧一段或二段，从而可以根据出水水质的变化，控制各段的生物负荷与生物活性，加强了生化处理效果，同时，该工艺也有利于提高硝化效果，保证氨氮的去除。

2存在问题及分析

运行多年来，MBR暴露出过产水系统压力升高，膜通量下降，处理能力降低；膜寿命缩短，清洗更换频繁，运行费用增加；膜积泥，膜断丝严重，出水水质变差等诸多问题，归根结底都是膜污染造成。膜污染是指被过滤料液中的胶体粒子、微粒和溶质大分子在膜表面或膜孔内吸附、堵塞，使膜渗透量下降的现象。膜污染的出现可大致分成两个步骤，首先是初期污染，简单来说就是因为浓差极化而使得膜通量出现下降，而其中的溶解性物质却时候的侧溶质积累，这样一来就出现了渗透能力相对较弱的膜表层。其次是长期污染，也就是因为溶质吸附，还有粒子沉积，使得膜表面溶质的实际浓度持续增加，以致在表现形成了凝胶层，胶体粒子也开始累积到膜表面，进而使得水力的渗透性显著降低。设计上，有间歇运行、气水吹扫、在线水洗等措施，只对膜的污染初期有效，如果处理不及时，随着膜丝表面凝胶层的形成，造成膜过滤阻力迅速升高，膜通量急速下降，同时会引发膜丝板结，断丝，使得产水水质变差。大量文献与运行实践表明，膜污染主要受三方面因素的影响，一是膜的本身；二是混合液的性质；三是运行条件。

2.1膜的结构与性质

研究表明，通常亲水性好的膜抗污染性能强，聚偏氟乙烯属于疏水性材质，存在先天不足。结构上目前市场主要分均质中空纤维膜，纺织袋中空纤维膜，砼式中空纤维膜三种，相比之下，在膜结构层中内嵌4根加强筋砼式复合膜，较普通膜有更高的强度，不易断丝。炼油污水场目前有一间池子选用砼式复合膜，运行效果不错。

2.2混合液的性质

一旦选定膜，MBR池中泥水混合液的性质，就成为膜污染的关键因素。混合液的性质主要包括活性污泥的浓度、溶解性有机物的含量等指标，通常随着污泥浓度的增大，混合液粘度呈对数增长，反应器内流体的上升速度也随之减慢，流体对膜面的剪切力减小，污泥颗粒易于吸附于膜丝表面；当污泥浓度太低时，污泥对溶解性有机物的吸收和降解能力减弱，混合液上清液中的溶解性有机物浓度增加，也易被膜表面吸附而导致膜阻力增加。

2.3运行操作条件

MBR的操作条件包括膜通量、水力停留时间（HRT）、污泥停留时间（SRT）、跨膜压力（TMP）、曝气量等参数。日常操作上，发现提高TMP可以短时间提高膜通量，然而，随着压力的提高，膜污染加速；理论上，加大曝气量抖动风可以加速污染物脱离膜表面，减缓凝胶层的形成，预防膜污染，但现实中过大的曝气量易造成膜断丝，造成不可逆的损坏。

3对策与效果

3.1加强予处理控制油含量

均质罐、CPI、CAF、ADAF是除油的关键设施。均质罐、CPI去除粒径较大的可浮油，粒径在100um以上，而两级浮选则去除粒径在100um以下的乳化油。日常操作中，均质罐、CPI要加强收油，收油周期控制到48小时以内一次。两级浮选需要做到均匀处理负荷，灵活调节药剂投加量，浓度在0.2-0.4%，勤排渣，排渣次数每班至少2次，保证浮选油含量在30mg/l左右，MBR进水油含量在3-5mg/l。

3.2监控水解酸化关键参数

水解酸化工艺是膜生物处理工艺的预处理设施，有必要加强该工艺的监测。日常操作中，监测该设施的DO大小和ORP值的数值，保证DO在0.5mg/l以下，ORP值基本维持在-400mv以下，保证该工艺在缺氧状态下运行，将大分子链转化为易分解的小分子链，提高污水的可生化性，以减轻后缓生化、膜生物处理的工艺的压力，保证最终出水质。

3.3严格控制曝气、抖动风量

曝气能够让微生物获得氧气，此外还可以使得膜表面错流的速度加快，这就能够使得悬浮物以更快的速度逆向迁移到料液之中，滤饼层自然也就无法形成，而且这样的紊动作用浓差极化的状况变缓。然而曝气量如果太大，就会使得污泥混合物的粒径变小，小颗粒的数量增加，从而使得膜孔出现堵塞，膜断丝，而且也使得能耗增加很多。建议控制膜区的风量为2400~2600m?/h，另外，当膜区产生生物泡沫时，不要通过关小抖动风来遏制泡沫的生成，这样只会加速膜污染，每组膜抖动风应控制在2500M3/H左右较为适宜。

3.4投用在线水反洗操

研究发现，用一定量的水对污染的膜组件进行冲洗、浸泡、轻微搓揉可以较彻底地去除膜表面初期沉积物，有利于保持膜通量。因而，投用在线水反洗操作是有效的手段，并建议在反冲洗水泵出口增加过滤装置，保护反洗水不会对膜丝造成内部污染，每组膜水反洗周期120秒，反洗时间65秒。

3.5加速污染的回流，降低污泥粘度

MBR池是利用原来的二级生化沉淀池改造，底部是四个锥体，改造时污泥回流管线并没用延长到锥体的底部，易造成污泥的沉积。2011年，延长污泥回流管线离池底30cm，有利于将沉积的高浓度污泥和一些难以降解的胶体物质回流到前端曝气池，避免曝气池污泥沉降比20%—30%之间，膜区污泥沉降比高达93%的生产异常状况。同时，维持正常的污泥回流，回流比控制在100-120%；控制微曝池内污泥浓度2000－3000mg/l，当污泥浓度超过3500mg/l以上就要进行排泥操作。

3.6控制产水量，降低膜工艺负荷。

在膜过滤操作中，膜通量和TMP是相互关联的2个量，如果其他条件不变，提高膜通量，系统TMP必然升高。当渗透通量低于临界通量时，膜过滤阻力（TMP）保持稳定，污染是可逆的；相反，超过临界通量时，TMP增加迅速且不稳定，此时再降低通量，形成的污染是部分不可逆的。通常膜通量的设定要小于临界膜通量，日常管理中，每组膜的产水量设置为40m3/h，低于临界膜通量45m3/h，每间膜池膜产水控制在120m3/h，多余水量调整工艺，开启备用沉淀池。

3.7定期组织膜的化学清洗

为了消除可逆污染和恢复部分膜通量，必须及时地对膜进行离线化学清洗。清洗药剂浓度，按0.3%NaOH+0.15%NaCLO进行一号池药剂配制，主要去除有机物和胶体等物质；二号池配制0.5%草酸，去除无机物。清洗时先将附着污泥严重的膜架用清水冲洗，再将其吊入一号池浸泡4-6小时，并曝气；而后将一号池内的膜吊出，用水冲洗干净膜丝外及膜丝内残留药液后放入二号清洗池浸泡16小时，并曝气，清洗完毕投用，通量恢复。

3.8效果

通过以上措施的落实，近二年来，MBR系统运行趋于稳定，离线化学清洗次数减少，由原来的一年清洗三次减少到一年一次；膜使用周期加长，实现3年一更换，年节省运行维护费用215万元，同时MBR出水水质得以保证，关键指标COD平均在83mg/l。MBR技术的应用及稳定运行，对于炼油污水处理及深度回用具有重要意义，只要控制好影响膜污染的各项因素，从严管理，精细操作，在保证膜通量的同时延长膜的使用寿命，从而保证出水水质。

结语

面对日益突显的水资源与环境问题，2008年借助油品质量升级，炼油污水场进行了相应的流程优化，并选用了先进的MBR技术，旨在使处理后污水不仅能够满足越来越严的排放标准，而且能够替代新鲜水实现向循环水补水的目的。