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膜天膜集团MBR技术及MBR技术在我印染废水处理中的研究及应用说明MOTIIVIO天津膜天膜集团2011年3月18日-SMBR法,结果表明,与PAC-SMBR及普通SMBR法相比,生物铁-SMBR法在提高印染废水处理效果方面具有明显的优势;在其容积负荷比普通SMBR平均高25%的情况下,生物铁-SMBR法对COD、染料、NH3-N像-氮的去除率分别高
1.0%、
9.5%、
5.2%;与普通SMBR相比,PAC-SMBR也能够提高对印染废水的处理效果,在其容积负荷比普通SMBR平均高6%的情况下,对COD、染料、NH3-N的去除率分别比普通SMBR要高
0.6%、
4.0%、
5.3%天津工业大学膜天膜工程技术有限公司的胡维超采用酸化水解-电解絮凝-MBR工艺对印染厂污水处理系统进行了改造,工艺运行平稳,耐冲击负荷较高;CODCr平均去除率达90%以上,色度平均去除率约95%,出水pH值为7〜8,出水各项指标达到国家GB4287—1992《纺织印染行业污染物排放标准》一级标准迄今为止,我国在MBR处理印染废水方面的研究主要有以下特点1总体研究量少,研究面相对较窄,多数研窕集中在处理效果上,对反应机理研究甚少,涉及膜污染方面的内容也不多;2研究规模主要为小试利中试,大多数是在实验室完成的,有的甚至采用模拟印染废水,与实际偏差较大,工程实际应用研究极少;3在工艺方面,基本上为好氧MBR与其它工艺组合处理印染废水,MBR技术优势没有完全体现;4高校在该项研究中占主要力量,其中主导的单位是东华大学和天津工业大学天津膜天膜集团附属于天津工业大学
5.3MBR工艺用于印染废水处理的前景未来MBR工艺的应用及其在印染废水处理方面的发展,与我国印染行业的变化有很大的关系当前及未来较长一段时间内,我国印染行业将呈现以下特点I行业规模越来越大,废水产量也将随之增长;2在纺织业集中的东部沿海地区,已经形成了一些以中小企业为主体的市县、镇纺织产业集群,这些分散、小规模、以追求利润为目标的中小企业对环境存在极大的威肋,;3水质日趋复杂,随着染料工业的飞速发展和后整理技术的进步,新型助剂、染料等在印染行也中被大量使用,难降解有毒有机组分的含量也越来越多MBR技术的研究将集中在1膜污染机理的研究和预防,保持膜通量的基础上降低运行和维护成本;2新型膜材料的研究和开发;3自动化程度的进一步提高等膜技术作为21世纪最有前景的水处理技术,将有着更加广泛的发展前景,未来MBR处理印染废水的研究将呈现以下几种趋势;⑴由于MBR技术对印染废水处理有较强的适用性,MBR工艺处理印染废水的研究和应用将越来越多2多样化的组合工艺与MBR工艺组合处理印染废水,可弥补MBR技术的不足,充分发挥其作用单独采用MBR工艺处理印染废水也将会是未来研究的一个新方向3MBR技术处理印染废水将会更多地应用到实际工程中,小处理量的成型MBR设备将会出现,并被推广应用于小型分散型印染企业4深入研究MBR处理印染废水过程中的污染情况,预防和降低膜污染,促进MBR在印染废水处理中的应用5更多的社会科研机构和个人将会参与MBR技术处理印染废水的研究
5.4总结MBR作为一种较新的印染废水处理系统,由于其诸多优点而得到广泛的研究和应用印染废水的特点与MBR工艺有着良好的切合点,随着MBR技术研究的发展和印染行业清洁生产的倡导,采用MBR技术处理卬染废水将会有良好的应用前景,其对印染行业清洁生产的实现也将作出重要贡献
6、本文总结随着TMBR等MBR技术及新兴膜材料的问世,MBR技术将更加适合应用于印染废水处理等中水回用项目中目录
1、传统MBR技术介绍★技术说明膜生物反应器(MBR)是把膜技术与污水处理中的生化反应结合起来的一门新兴技术,也称作膜分离活性污泥法最早出现在20世纪70年代,目前在世界范围内得到广泛应用膜生物反应器(MBR)用膜对生化反应池内的含泥污水进行过滤,实现泥水分离一方面,膜截留了反应池中的微生物,使池中的活性污泥浓度大大增加,达到很高的水平,使降解污染物的生化反应进行得更迅速更彻底,另一方面,由于膜的高过滤精度,保证了出水清澈透明,得到高质量的产水现已广泛应用于
(1)中小型城市污水处理厂;
(2)无排水管网系统的小区(如居民点、风景区、旅游度假区等);
(3)有污水回用需求的地区或场所(如宾馆、洗车业、客机、流动厕所等);
(4)高浓度、有毒、难降解的工业废水(如造纸、制药、制糖、酒精、皮革、合成脂肪酸等行业等)的处理或者回用典型的传统MBR技术工艺流程如图1所示自吸泵调节油回流泵图I典型的传统MBR工艺流程图结合了天津膜天膜集团最新的中空纤维膜高新技术的MBR工艺,有如下特点及优势1)膜材质为PVDF,自身抗污染能力强,不易被污染物粘附,易清洗,适于污水处理;2)孔隙率高、通量大,远高于其它材质(比如PP或PE)的同类产品;3)膜材质化学性能稳定,抗氧化能力强,可以用酸、碱、氧化剂清洗,结合合理的清洗方式,清洗后通量可完全恢复;4)膜寿命长达3〜5年(对于工业废水保证3年的寿命);5)出水水质好,出水悬浮物和浊度接近于零;6)由于膜的高效截流作用,微生物完全截流在反应器内,实现了反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离,使运行控制更加灵活稳定;7)反应器内的微生物浓度高达5000〜10000mg/L,生化效率高,耐冲击负荷强;8)污泥龄(SRT)长,有利于增殖缓慢的硝化细菌的截流、生长和繁殖,系统硝化效率得以提高;9)反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄条件下运行,剩余污泥排放量少;10)膜分离使污水中的大分子难降解成分在生物反应器内有足够的停留时间,大大提高了难降解有机物的降解效率;11)系统自动化程度高,采用PLC控制,可实现全程自动化控制;12)模块化设计,结构紧凑,占地面积小,运行费用低廉★回水适用范围说明如果用于中水回用系统,传统MBR工艺的出水适用于绿化、景观及对水质要求不是特别高的生产工艺如果对MBR的出水再经NF、RO等工艺的处理,则可用于对水质要求更高的场所及生产工艺,但是,目前对MBR的研究表明,MBR工段后接NF、RO等工段,还存在潜在的风险,有待进一步的考证及优化★膜组件说明膜天膜传统MBR的膜组件是由中空纤维微滤膜、集水管、树脂槽及封端树脂浇铸而成的膜分离单元图2膜组件
2、TMBR技术介绍★技术说明管式膜-生物反应器(Tubular MembraneBioreactor-TMBR)是一种将膜分离与生物处理技术有机结合的新型高效污水处理工艺,首先是通过曝气由污泥将有机物降解,然后通过膜组件的高效分离作用使泥水彻底分离,山水水质得到强化与传统污水处理工艺相比,管式膜•生物反应器紧凑简洁的处理结构特别适合处理复杂的废水,系统独立运行控制,通量高,易清洗,易更换,运行可靠,具有污泥浓度高,停留时间短,降解效率高,出水水质优良稳定,占地面积小,剩余污泥量少,运行管理方便等优点天津膜天膜公司外置管式膜•生物反应器(TMBR),采用高强度的管式膜组件,通过进水循环泵,在膜表面形成高紊乱的湍流,有效降低能耗,减缓膜污染,延长系统的运行周期在管式膜-生物反应器的运行中,生化曝气池内的活性污泥混合液经进水循环泵送入膜组件,形成错流循环膜出水进入产水池为减缓膜污染的发展,当膜污染发展到一定程度后,分别投加一定量的清洗药剂,对膜组件进行化学强化清洗使用TMBR工艺处理废水,废水进水在预处理后进入TMBR系统,生物反应器内的污泥浓度可达到15〜40g/L,处理效率大幅度提高,主要污染物COD、BOD和双氮得到有效降解•,出水水质好占地少,运行费用低使用该技术处理废水•般可满足排放要求,若使用纳滤膜(NF)或卷式反渗透膜(RO)做深度处理可满足更高的处理要求典型外置式TMBR中说回用工艺流程为废液一预处理-调节池-TMBR池(管式超滤膜)一>ROT出水,如图3RO浓水I可到预处理段,提高前端废水的可生化性图3外置式TMBR工艺流程结合了天津膜天膜集团最新技术的TMBR工艺,有如下特点及优势1)采用管式膜组件,强度高,不易出现堵塞断丝,出水水质优质稳定由于膜的高效分离作用,分离效果远好于传统沉淀池,处理出水极其清澈,悬浮物和浊度接近于零,细菌和病毒被大幅去除同时,膜分离也使微生物被完全被截流在生物反应器内,使得系统内能够维持较高的微生物浓度,不但提高了反应装置对污染物的整体去除效率,保证了良好的出水水质,同时反应器对进水负荷(水质及水鼠)的各种变化具有很好的适应性,耐冲击负荷,能够稳定获得优质的出水水质2)污泥负荷(F/M)低,剩余污泥产量少该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行,剩余污泥产量低(理论上可以实现零污泥排放),降低了污泥处理费用3)通最高,一般为6()-140L/(m2•h),是普通浸没式的6—10倍;4)反应器高效集成,占地面积小,不受设置场合限制生物反应器内能维持高浓度的微生物量,处理装置容积负荷高,占地面积大大节省;该工艺流程简单、结构紧凑、占地面积省,不受设置场所限制,适合于任何场合,可做成地面式、半地下式和地下式5)可去除氨氮及难降解有机物由于微生物被完全截流在生物反应器内,从而有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留生长,系统硝化效率得以提高同时,可增长一些难降解的有机物在系统中的水力停留时间,有利于难降解有机物降解效率的提高6)外置式设计,美观大方,便于清洗、维护等,运行管理方便,易于自动控制易更换,可单支单独更换该工艺实现了水力停留时间(HRT)与污泥停留时间(SRT)的完全分离,运行控制更加灵活稳定,是污水处理中容易实现装备化的新技术,可实现微机自动控制,从而使操作管理更为方便7)主要污染物COD,BOD和氨氮有效降解,无浓水外排,水回收率可达100%,无二次污染8)系统密封性好,无需脱臭装置9)运行可靠,一般寿命为3—5年,最长可达7年以上★膜组件说明膜天膜传统TMBR的膜组件是由中空纤维微滤膜、无纺布、焊接管、PVC外壳、快速螺纹接口及U型弯头连接而成的膜分离单元图4TMBR膜组件
3、膜材料说明膜天膜集团传统MBR及TMBR都采用了最前沿的PVDF材料,该材料的优势如下:图5PVDF材料的分子结构1)由于氟原子电负性大,原子半径小,C-F键短,键能高达500KJ/mol聚合物具有••定的结晶性,在性质上的突出表现是高热稳定性,熔点170℃,它的热分解温度316C以上,连续暴露在150C以下两年内不分解2)由于碳链四周被一系列性质稳定的氨原子包围,使其具有很高的化学稳定性,在室温下不被酸、碱,强氧化剂,卤素,有机物等所腐蚀3)PVDF可以溶广强极性溶剂且有很好的可纺性和良好的物理机械性能,因此它可以用来纺制中空纤维膜总的来说聚偏氟乙烯(PVDF)由于它耐热性,化学稳定性,耐辐射性和良好的物理机械性能,聚偏氟乙烯膜形成了一类性能优异的分离膜,处理如印染废水、垃圾渗滤液等含有高浓度、有毒、难降解的工业废水有其得天独厚的优势
4、MBR技术在新建和改(扩)建项目中的应用说明MBR技术对印染、电路板等废水的中水回用处理具有一定的优势,但是MBR工艺对水处理系统的生化段有着重大影响因为MBR技术是结合了膜分离及生化处理的合成技术,需要二者能够和谐统一因而,对于新建项目,可以合理的设计安排各工段,使得系统步调一致,和谐统一,能够持续稳定运行;对于改(扩)建项目,需要对前端工艺进行考证、优化,工作量较大,需投入一定的人力及物力,且可能需对前端也进行改造
5、MBR技术在我国印染废水处理中的研究及应用
5.1我国印染废水情况说明我国是纺织大国,印染行业每天有400多万吨的废水排放,占工业废水的1/10,且每年要耗用100多亿吨清洁水,是我国用水量大、排放量大的工.业部门之一按It印染废水污染20t清洁水体计算,每年未达标排放的废水又会污染清洁水15()亿吨印染废水具有“高浓度、高色度、高pH值、难降解和多变化”等五大特征,其处理难度主要集中在以下两个方面★COD难以降低加工牛.产中运用的助剂(渗透剂、助染剂等),95%以上滞留在印染废水中,造成COD浓度高染料废水中的污染物以有机物为主,理论上大部分可生化,但其水质BOD(生物需氧量)与COD比值一般较低,因此可生化而又不易生化同时,曝气池活性污泥对多变化的染料中间体废水的驯化、适应也不甚容易这些都是印染废水难以被有效降解,净化后水质COD值仍然偏高的症结所在如何提高COD去除率,是印染废水亟待解决的难题之一印染废水中还有一些有机物质,无论其对微生物有无抑制作用,都不能被微生物摄食而在实际生产运行中,这类有机物质经多次生化仍难以大量去除,净化后的COD值仍然较高我国科技工作者在对江、浙、沪、闽、鲁和粤等主要纺织地区调研过程中发现,目前国内大部分印染企业为提高COD去除率,通常采用增加絮凝和生化反应时间的方法,即所谓“生化再生化”、“絮凝再絮凝”这将导致污水处理工程占地面积大、流程长、工程费用高,而处理效果也难以令人满意在上海、山东、辽宁等地,一些企业把并联曝气池改为串联运行,生化处理效率有所提高,但污水净化程度的提高相当有限★高色度废水难以脱色近年来,国内外对染料、颜料类工业废水的脱色方法进行了大量技术研究,总结出了许多行之有效的脱色技术,如絮凝法、吸附法、氯气和次氯酸钠法等这些技术针对性较强,对不同的废水处理都能取得一定的效果但是,由于印染废水中含有的染料及其中间体品种多、类别复杂,在处理上有相当难度加之国产染料上染率较低,印染生产企业一般都会超量投加,导致染色后剩余染料较多,不但造成资源浪费,而且产污量比发达国家多近一倍,加剧了废水污染的程度从行业调查的情况看,目前我国印染废水治理普遍存在脱色困难的问题国内比较成熟的生物活性污泥池处理法和物理化学处理法等处理技术,都不同程度地存在各种各样的问题,脱色效率都不高
5.2国内MBR工艺研究发展如上所述,在印染废水的处理中,传统方法总存在COD降低不完全、色度去除率低和处理成本高等问题,而MBR技术在理论上则有较强的针对性20世纪90年代初期,中国科学院生态环境研究中心在国内率先采用分离式膜生物反应器对印染废水进行处理研究刘超翔等采用一体式膜生物反应器,对毛纺废水处理进行「中试研究,系统出水8D20mg/L,无SS,色度4,水质明显优于原先采用接触氧化工艺处理的出水中国科学院生态环境研究中心郑祥等采用中试规模的厌氧-好氧膜生物反应器A/O-MBR处理毛纺印染废水,当HRT为7h时,进水CODBOD5分别为179〜358mg/L和
44.8〜206mg/L试验系统对COD、BOD
5、色度、浊度的平均去除率分别为
92.1%、
98.4%、
60.7%、
98.9%,出水水质浓度或指标值分别为
20.2mg/L、
1.6mg/L、25倍、
0.51NTU,出水水质指标达到建设部生活杂用水水质标准CJ2511289仝攀瑞对MBR处理印染废水的膜污染及清洗进行了研究结果表明,膜污染主要是由膜表面凝胶层造成的;化学清洗的效果优于物理清洗化学清洗能恢复膜通量约90%以上,而物理清洗仅能恢复膜通量约70%;NaOH的清洗效果优于NaClOo杨颖波等采用ABR-MBR组合工艺处理纺织废水,在废水COD为476〜980mg/L、BOD5为I13~392mg/L,色度为40〜290倍、浊度为45~107NTU时,相应的出水指标分别为
22.7mg/L、
5.3mg/L、
20.2倍、
0.89NTU厦门大学洪俊明等采用A/O膜生物反应器组合工艺处理活性染料废水,研究了在不同的基质浓度、染料浓度以及期氮浓度下,A/OMBR对模拟印染废水的降解特性研究结果表明,该工艺对活性染料的脱色主要由厌氧槽的水解酸化来完成,而好氧槽主要起去除COD的作用;增加进水葡萄糖以及氨氮浓度,对染料的脱色率基本没有影响东华大学王春玲等采用复合式MBR与水解酸化联用对印染废水进行处理研究,出水水质良好,且比较稳定,系统出水COD、氨氮、色度较低,无SS邹海燕等为提高膜生物反应器SMBR的处理效果,在一体式膜生物反应器中加入氢氧化铁絮体,提出了生物铁。