楊 妮

(云南省生態(tài)環(huán)境廳駐大理州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站,云南 大理 671000)

1.背景

近年來我國污水、廢水排放量以肉眼可見的速度在增長，全國大多數(shù)各類工業(yè)廢水和生活污水未經(jīng)處理就直接排入水域造成水體污。我國人均水資源占有量偏低，足以說明水資源匱乏的嚴(yán)重程度。因此，解決水資源匱乏的問題已然成為當(dāng)務(wù)之急。把經(jīng)過污水處理站處理后，排放出來的達(dá)標(biāo)廢水繼續(xù)做相應(yīng)的深度處理后作為生產(chǎn)上的工藝用水，是緩解水資源問題最好的途徑，即中水回用。以食品加工行業(yè)產(chǎn)生的廢水處理技術(shù)為例，國際上多用末端控制法，可用技術(shù)包括氣浮+A/O+CASS工藝，UASB+好氧生物處理工藝、氣浮-強(qiáng)化A段-A/O工藝、混凝+接觸氧化工藝，還有膜分離技術(shù)等。因膜分離時(shí)不用加熱，熱敏物質(zhì)不會(huì)失活、不會(huì)被雜質(zhì)污染，也不會(huì)發(fā)生相變，其分離、濃縮、提純、殺菌可以一次性完成，不但操作簡單，而且分離效果還好，費(fèi)用也不高，在處理食品工業(yè)廢水時(shí)特別合用。因此在處理食品加工產(chǎn)生的廢水時(shí)，大多數(shù)用的是MBR（膜生物反應(yīng)器）+RO（反滲透設(shè)備）+加藥消毒組成的優(yōu)化集成工藝進(jìn)行深度處理，使之達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)按國家生活雜用水指標(biāo)有限度地回收利用。

2.廢水處理工藝設(shè)計(jì)

2.1 處理工藝選擇原則

2.1.1 污水處理出水要求

選擇污水處理工藝流程時(shí)首先應(yīng)考慮污水經(jīng)過處理后排出的水質(zhì)有什么要求，排水必須符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》( GB8978 - 1996)中的相關(guān)要求。且MBR段出水指標(biāo)必須符合《城市雜用水水質(zhì)》（ GB/T18920-2002）中的相關(guān)要求，RO段排出的水質(zhì)必須符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（ GB5749 - 2006）中的相關(guān)要求。

2.1.2 相關(guān)的技術(shù)因子

首先是處理規(guī)模的大??；其次是進(jìn)水和出水中各類污染物的濃度（例如：CODCr、BOD5、NH3-N以及SS等）；還有一個(gè)因素就是各類污染物的處理效率。

2.1.3 所選工藝處理污水達(dá)到的效果

首先，處理出水水質(zhì)要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值要求。其次，技術(shù)先進(jìn)可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。第三，運(yùn)行費(fèi)用在可控范圍，管理便捷。

2.2 工藝流程的選擇

2.2.1 MBR基本原理

MBR這種用于廢水處理的新型技術(shù)是把膜分離技術(shù)跟生物技術(shù)結(jié)合起來，借助膜分離設(shè)備對生化反應(yīng)池里面的多種大分子有機(jī)物跟活性污泥進(jìn)行截留，通過控制HRT和SRT來提高活性污泥濃度以及難降解物質(zhì)的反應(yīng)效率。雖然如此，但是有氧MBR技術(shù)也是在過去的10-20年內(nèi)才普及運(yùn)用于污水處理領(lǐng)域的。

MBR反應(yīng)器使用微孔曝氣器，有效提高接觸時(shí)間以及氧氣傳播速率，能夠?qū)ζ貧夤に噷?shí)行合理控制，不再受氣泡停留時(shí)間跟大小的影響，通過自吸泵間歇抽吸間歇停止的方式，有效防止微孔淤堵。

MBR工藝流程如下所述：大致來說就是從污水預(yù)過濾——調(diào)節(jié)池——MBR系統(tǒng)的過程。其中的細(xì)節(jié)分別是：調(diào)節(jié)池有效調(diào)節(jié)進(jìn)水水質(zhì)和流量；各類污水在MBR系統(tǒng)中與活性污泥進(jìn)行充分接觸；MBR 系統(tǒng)中的膜組件則主要來分離那些不能被微生物降解的雜質(zhì)。充分處理之后出水達(dá)標(biāo)就可排放或回用。

2.2.2 RO基本原理

RO需要在膜的原水所在側(cè)加一個(gè)外壓，使其高于溶液的滲透壓，只允許原水當(dāng)中的水分子穿過半透膜，別的物質(zhì)則會(huì)留在膜表面。

讓我們先來了解什么是滲透壓。所謂滲透壓就是位于半透膜兩側(cè)相同體積不同濃度的溶液，一般來說稀溶液中的溶劑會(huì)通過半透膜流向濃溶液，那么濃溶液一側(cè)的液面就會(huì)高于稀溶液一側(cè)的液面，為了達(dá)到滲透平衡狀態(tài)而形成的壓力差就是滲透壓。如果在濃溶液一側(cè)施加一個(gè)大于滲透壓的壓力，那么濃溶液中的溶劑就會(huì)流向半透膜另一邊的稀溶液，這種溶劑流動(dòng)方向與原來滲透方向相反的過程就是反滲透的過程。

RO工作原理描述如下：運(yùn)用特制的高壓水泵增加原水壓力，使之透過微孔反滲透膜，只允許體積小于萬分之一微米的水分子通過，而隔離各類化學(xué)離子及各種菌體，使之隨廢水排出。

3.設(shè)計(jì)思路及擬采取的處理工藝路線

3.1 設(shè)計(jì)思路

關(guān)于膜的科研工作才開展了不到百年。其大致發(fā)展過程是這樣的：20世紀(jì)的30年代主要是微孔過濾；到了40年代開始透析；等到50年代則發(fā)展出了電滲析；60年代開始出現(xiàn)反滲透；超濾和液膜是在70年代出現(xiàn)的；發(fā)展到80年代，氣體分離技術(shù)問世了；到了20世紀(jì)末，滲透汽化技術(shù)終于出現(xiàn)。同時(shí)各種基于膜的新型分離方式，還有膜分離跟別的分離措施的組合過程也逐漸受到重視、得以發(fā)展。

膜與水處理相結(jié)合大規(guī)模使用，主要是因?yàn)椴僮鞅憬?，基本無污染，經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。對于污水處理過程中的濃縮還有分離環(huán)節(jié)效果顯著，故用于處理各種不同程度污染的工業(yè)廢水、食品加工廢水、海水（苦咸水）淡化、飲用水高度提純等都有不錯(cuò)的效果。加上我國水資源匱乏以及水污染量暴增，故污水治理、中水回用以及膜技術(shù)應(yīng)用示范工程的推廣勢在必行。

所謂的“雙膜法”就是把MBR跟RO結(jié)合起來使用，這種工藝在我們國家，特別在中水回用中運(yùn)用十分廣泛，不僅技術(shù)水平與國際接軌，經(jīng)濟(jì)性也非常好，很適合在我們國家缺水城市廣泛使用，在含鹽量較少的城市用時(shí)，其成本優(yōu)勢更加明顯。由這種工藝處理出來的再生水，除了可用來做景觀環(huán)境用水，地下水回灌，城市非飲用水，以及用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)等之外，還可用作工業(yè)生產(chǎn)所需的純凈水，使其真正變成城市用水的重要組成。系統(tǒng)用的是模塊式設(shè)計(jì)，不但便于增容，而且占地特別少，便于運(yùn)行調(diào)度。讓再生水廠的建設(shè)變得更加靈活便宜，易于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置，讓規(guī)模的近遠(yuǎn)期結(jié)合變得可行。

3.2 所選工藝優(yōu)點(diǎn)

MBR與傳統(tǒng)工藝相比有以下明顯優(yōu)勢：

3.2.1 出水水質(zhì)好且比較穩(wěn)定

其分離效果由于膜作用，會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的污水沉淀池，由于進(jìn)水中的各種菌體被降解甚至去除，故出水很優(yōu)質(zhì)，完全可作為非飲用普通市政水直接予以中水回用。

3.2.2 硝化效率高

生物反應(yīng)器作為硝化細(xì)菌的繁殖環(huán)境，其內(nèi)被截流住的有效微生物有利于硝化細(xì)菌的生長，故可以去除NH3-N。

3.2.3 占地面積小

MBR工藝流程簡單，適用于各類場合，置于地上、地下均可，大大減少了占地面積。

3.2.4 有效降解分離有機(jī)物

由于水力停留時(shí)間（HRT）長短可控，能成功讓污水中難以降解的有機(jī)物提升降解效率。

3.2.5 剩余污泥量低

這種工藝在容積高污泥低的負(fù)荷狀況下也能運(yùn)行，故此污泥的剩余量特別少，有時(shí)甚至是零污泥排放，這樣大大地降低了污泥的處置量以及處置費(fèi)。MBR+RO組合工藝能夠?qū)ΦY源進(jìn)行有效的回收，該工藝如今已經(jīng)在工業(yè)界廣受關(guān)注。MBR+RO組合工藝的特點(diǎn)：

紫荊葉采集于河南大學(xué)金明校區(qū)，每隔半個(gè)月采收一批，共16個(gè)批次（分別采收于2016年4月21日、5月4日、5月19日、6月3日、6月18日、7月3日、7月18日、8月2日，2017年4月19日、5月4日、5月19日、6月4日、6月19日、7月4日、7月19日、8月4日，批次編號依次為S1～S16），經(jīng)河南大學(xué)藥學(xué)院李昌勤教授鑒定為紫荊屬植物紫荊（C.chinensis）的葉。標(biāo)本存放于河南省藥食兩用資源功能研究國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。

① 出水水質(zhì)好，可滿足指標(biāo)要求；

② 工藝技術(shù)先進(jìn)，系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠；

③ 對COD、氨氮去除效果好；

④ 產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定；

⑤ 操作維護(hù)簡便。

3.3 設(shè)計(jì)規(guī)模的確定

原廢水處理系統(tǒng)的出水作為項(xiàng)目處理的原水，處理量為600m3/d。

來自原廢水處理系統(tǒng)的出水600m3/d，進(jìn)入MBR池進(jìn)行處理，經(jīng)充分生化后，進(jìn)入專用的反滲透裝置處理，控制回收率為66.7%（25℃）左右，透過水約400 m3/d，經(jīng)加氯消毒后，成為優(yōu)質(zhì)回用水，作為生產(chǎn)用水回用至生產(chǎn)線上。其余200 m3/d濃縮水，其指標(biāo)符合國家排放要求，合格排放。

3.4 水量、水質(zhì)與目標(biāo)設(shè)計(jì)

3.4.1 進(jìn)水水質(zhì)設(shè)計(jì)

3.4.1.2 水量：每天600噸；

3.4.1.3 進(jìn)水水質(zhì)：詳見表1

表1 廢水處理系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)

3.4.2 處理后的技術(shù)指標(biāo)

3.4.2.1 優(yōu)質(zhì)回用水的回收率66.7%（25℃）左右；

3.4.2.2 廢水處理后出水指標(biāo)：

a) MBR工藝段出水常規(guī)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）。其主要指標(biāo)要求詳見表2：

表2 城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

b) RO工藝段出水常規(guī)指標(biāo)應(yīng)達(dá)到《國家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）詳見下表：

表3 我國飲用水標(biāo)準(zhǔn)

3.4.3 各處理設(shè)備段技術(shù)指標(biāo)預(yù)測

各處理設(shè)備的主要指標(biāo)詳見下表：

表4 各處理設(shè)備段技術(shù)指標(biāo)預(yù)測

3.4.4 整體工藝簡述

來自原廢水處理系統(tǒng)的出水600m3/d作為項(xiàng)目處理的原水,進(jìn)入MBR池處理，經(jīng)過充分生化后，出水指標(biāo)：CODcr可降至30mg/l以下，氨氮可降至5mg/l以下，SS小于30mg/l，進(jìn)入專用的反滲透裝置處理，控制回收率在66.7%左右，透過水約400m3/d，經(jīng)過清洗后，成為優(yōu)質(zhì)回用水，指標(biāo)可達(dá)到：CODcr可小于10mg/l（CODMn小于 2mg/l），NH3-N 小于 0.5mg/l，細(xì)菌總數(shù)小于100個(gè)/ml，總大腸菌群小于3個(gè)/L，嗅、色、渾濁度均優(yōu)于國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)要求，可作為生產(chǎn)用水回用至生產(chǎn)線上。其余200m3/d濃縮水，其指標(biāo)符合國家排放要求：CODcr小于 100mg/l，NH3-N小于10mg/l。

圖1 工藝流程圖

4.展望

食品工業(yè)的生產(chǎn)過程比較繁雜，產(chǎn)生的廢水大多是具有高耗氧量的各類有機(jī)物，各類重金屬離子多，CODcr、BOD5、SS以及氮磷含量都很高，而且由于存在很多適合細(xì)菌繁殖的微生物，其中的細(xì)菌總數(shù)，還有大腸菌群很多時(shí)候也會(huì)超出我們國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的排放限值。

生產(chǎn)食品過程中排放的工業(yè)廢水在處理過程中會(huì)產(chǎn)生污泥、廢油、廢酸、廢堿等，那么食品工業(yè)廢水處理工藝的選擇尤為重要，除了要考慮廢水中有害物質(zhì)的種類與組成，廢水水質(zhì)情況和廢水水量的相關(guān)變化情況也是值得注意的因素，這些對處理工藝的選擇、設(shè)備的運(yùn)行以及出水的回用都十分的重要。

我們國家的缺水問題是極度嚴(yán)重的，人均占有的水資源數(shù)量只有世界人均占有量的1/4。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，我國的城市化發(fā)展也在快速推進(jìn)，在我們國家，缺水城市的數(shù)量在一年年的增長。解決水資源的問題成為當(dāng)務(wù)之急。正因?yàn)槿绱耍鬯赜靡呀?jīng)迫在眉睫。而從國際上目前污水回用的發(fā)展形勢來看， MBR與RO工藝結(jié)合，以其出水水質(zhì)好且穩(wěn)定，系統(tǒng)先進(jìn)、運(yùn)行安全，污染物去除效率高，操作維護(hù)便捷以及適用范圍廣的優(yōu)勢；以其占地面積小，降低運(yùn)行成本的有利性；以其可靠的經(jīng)驗(yàn)以及不俗的效果，正逐漸在國內(nèi)得以大規(guī)模普及應(yīng)用。