MBR污水處理技術在煉油污水中的應用
摘 要:膜生物反應器(MBR) 是膜技術和污水生物處理技術相結合的污水處理新工藝。金陵分公司污水處理場新建一座MBR處理裝置,處理量為250 t/ h ,自2005 年11 月正式投用,至今已連續運行一年的時間。該裝置對煉油污水COD、油、硫、酚、氨氮、濁度的平均去除率分別穩定在80 %、60 %、100 %、98 %、90 %、99 %以上,為煉油污水回用創造了條件。
關鍵詞:膜生物反應器,膜污染,污水處理,污水回用
膜生物反應器(MBR) 是一種新型高效的污水生化處理系統, 它是把生物處理和膜分離技術相結合的處理工藝。它應用微濾或超濾膜對生化后的水進行過濾代替傳統的二沉池出水。把大分子顆粒和活性污泥截留在生物處理池中, 使處理后的水幾乎不含懸浮物和細菌。大大提高反應器的污泥濃度,同時具有出水水質好、耐沖擊負荷強、污泥流失少等優點。
1 應用工藝流程及方法
1.1 工藝流程
金陵分公司與諾衛環境安全工程技術( 廣州) 有限公司合作, 在金陵分公司凈水車間的污水處理過程中引用了MBR污水處理技術,對煉油污水進行處理,并于2005 年8 月開始興建一座處理量為250 m3 / h MBR處理裝置,工藝流程如圖1 。
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1.2 工藝流程說明
污水經二級隔油—二級浮選—均質罐后自流進入過濾器,經過濾器將粒徑大于112 mm 的雜物截留,其作用是去除水中大顆粒懸浮雜質,以防止其在曝氣池沉積和保護膜表面不受損傷。預過濾器的出水進入混合段,在進水混合段裝有潛水推進器。提供缺氧池間不斷循環。同時潛水推進器將好氧區回流的混合液與進水充分混合推流進入缺氧區,缺氧區設有潛水攪拌器,保證了混合液在該區內的充分混合, 保持懸浮狀態不會沉淀。在缺氧區內,大分子量長鏈有機物分解為易生化的小分子有機物。污水在缺氧池內的水力停留時間為4～6 小時,然后進入好氧區。好氧池底鋪設有曝氣裝置不間斷進行曝氣, 污水在此池內進行有機物生化降解, 去除水中的BOD5 和COD。好氧區末端為膜分離區, 簡稱膜區, 膜區內MBR 膜件下部還設置有間歇式的曝氣裝置, 定時吹掃抖動膜片,以緩解MBR膜周邊的污泥濃度累積。處理后的污水經MBR 膜分離后, 由提吸泵排出, 經膜生物反應器處理后的凈水直接排放或回用, 當出水濁度超標時,則將一部分MBR出水打入保安過濾器進行深度處理, 再進入回用水池。系統的少量剩余污泥通過膜區污泥泵定期排出, 同時控制系統內活性污泥的濃度。
本工藝膜生物反應器根據生物的工藝要求,建有兩個生物反應區,其中一個為好氧區( 硝化池) , 另一個為缺氧區( 反硝化池) 。因此除了具有有機物降解功能外,還具有硝化和反硝化作用,提高了系統對NH3 - N的去除能力。
1.3 系統組成
本處理系統主要由MBR 系統和保安過濾系統( CMF 連續微濾系統) 組成。MBR系統是由缺氧池、好氧曝氣池、膜分離池、化學清洗及反洗系統組成。缺氧池、好氧池及膜分離組件是MBR的核心,定期水反洗,化學反洗及化學清洗則對保持膜組件和透水能力起著極大的作用。
膜區下部設有曝氣裝置, 曝氣裝置完成兩種功能,既進行膜和氣水振蕩清洗, 保持膜表面清潔,又為繼續在該段進行生物降解的生物提供所需的氧氣。為了保證MBR 膜組件具有良好水通量,能持續、穩定地出水,本系統設計使用反洗、化學反洗及化學清洗PLC自控程序。保安過濾系統也設有反洗和化學清洗系統。
水反洗程序:MBR按一定的周期( 可根據運行情況調整) 以組件為單位依次自動進行反洗,以恢復膜的水通量。在反洗過程中, 由反洗泵從清水池/ 反洗水池內將濾過水經MBR膜組件的清水出口由泵打入中空纖維膜區進行清洗。
化學反洗程序:MBR運行一段時間若將由PLC 控制自動進行化學反洗,化學反洗的過程與清水反洗相同,只是分別由檸檬酸加藥泵,次氯酸鈉加藥泵將清洗藥品加入反洗管內。檸檬酸有助于去除附在膜上的無機結垢物,次氯酸鈉有助于去除有機物附著物。每次化學反洗時并非都要加入上述兩種藥液,而是根據MBR運行的情況而定。
化學清洗程序:化學清洗是在MBR運行的半年至一年間( 具體時間需根據進水水質及設備運行情況確定) 。對膜組件進行徹底清洗。清洗時用吊車將一套膜組件從曝氣池內提出,浸泡到預先配好的藥液( 檸檬酸或次氯酸鈉) 的化學清洗液槽中,每次可浸泡一套膜組件,以充分去除附在膜組件上的污染物,清洗完畢后,再由吊車吊回曝氣池內,與化學反洗相似,每次化學清洗并非都需要上述兩件藥液浸泡,而是根據MBR的運行情況而定。化學清洗槽內的藥液可定時定量計量,通過檸檬酸加藥泵和次泵酸鈉回加泵以及槽內的液位控制裝置可自動控制槽內的藥液濃度。化學清洗槽后有一臺循環泵與真空泵共用的雙向泵,循環泵的作用是充分混合化學清洗液,以便于徹底清洗。
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由于金陵分公司煉油原油品種70 %是進口原油,且含硫量比較高,因此排放的廢水中含有大量的有毒有害物質,在廢水中所帶的一部分難于降解的污染物,加大了煉油廢水處理的難度。因此,在生化處理過程中得不到很好的處理,從而增加了很大難度。
2 運行情況
2.1 膜生物反應器的運行性能
本工藝采用的聚偏氟乙烯( PVDF) 中空纖維膜膜生物反應器(MBR) ,是諾衛公司開發出的高抗污染性PVDF 中空纖維膜及有效的清洗技術, 它具有如下的特點:
(1) 膜材料為PVDF ,自身抗污染能力強,不易被污染物粘附,易清洗,適于污水處理;
(2) 孔隙率高(達85 %以上) ,通量大[ 高達10 ～15 L/ (m2 ·h) ] ;
(3) 膜材質化學性能穩定,抗氧化能力強,可以用酸、堿氧化劑清洗,配上獨特的清洗系統,清洗后通量可完全恢復;
(4) 能耗低,出水水質好,水中懸浮物和濁度接近于零,可直接回用;
(5) 系統自動化程度高,采用PLC 控制,可實現全程自動化控制。
2.2 一級處理效果
根據諾衛公司原設計,用二級浮選出水直接進入MBR 系統進行處理,進出水水質如表2 。
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從表2 可以看出,氨氮的效果幾乎為負數,主要是因為在MBR 的生化池中回流比過大,COD 的去除沒有一個梯度。因此,硝化的條件不足,難于形成硝化反應,硝化菌是一種自養菌,它們在生長繁殖過程中,不需要水中的有機物為養料,因此水中COD 不能太高,否則將引起異養菌的大量繁殖,抑制硝化菌的生長,對硝化作用產生不良影響。一般控制污水中COD 小于180 mg/ L 。但在同級MBR 池中難于達到這樣的環境,所以對氨氮的去除不起作用。
COD 的絕對值幾乎保證在70～100 mg/ L ,而傳統的推流式曝氣池10 號池的出水COD 在150 ～250 mg/ L 之間;看來MBR 對COD 的去除遠好于傳統曝氣池,去除率能穩定在78 %～85 %。
2.3 二級處理效果
根據一級處理的情況分析,MBR 池對氨氮的處理效果幾乎為零,主要原因是碳源過高,沒有硝化反應的條件和環境,所以對氨氮的處理不起作用,為了解決這個問題,利用一個4 000 m3 的推流式生化池當作一級處理, 處理后的污水再進入 MBR 池進行處理。這樣就可以把大部分的碳源從9 號池去除掉。到MBR 的污水就可以在低碳的情況下進行硝化反應,然后再進行反硝化,從而去除氨氮,處理數據如表3 。
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2.3.1 處理COD 的效果評價
煉油污水中,含有大量的難降解有機物和有毒有害物質,特別是加工高含硫原油的煉油污水,給生化處理帶來較大的困難。雖然生化進水COD 值不高,但由于硫化物和氨氮的疊加作用會影響和抵制微生物的生長,從而使生化難于進行。MBR 裝置運行的前三個月時間,COD 曾穩定在60～90 mg/ L ,盡管有時會受上游裝置開停工的沖擊,但系統出水都能穩定在這一范圍,保持COD 去除率在78 %～85 %。由此可見,MBR 在保證具有良好的出水水質和高去除率方面有非常重要的作用。
2.3.2 處理氨氮的效果評價
在煉油污水處理系統中對污水的氨氮處理是比較困難的,它需要比較長的生化時間,必須在低碳的環境中生成硝化菌,利用硝化菌去除氨氮。本工藝利用一級生化,先除去COD ,COD 值150～ 200 mg/ L 時,再進入MBR 系統,這時,MBR 池中的硝化菌能大量繁殖,從而進行硝化反應。p H 從中也會降低1～115 個單位。為了使其在堿性條件下進行硝化反應,加堿調節p H 至7.2 以上,這樣 MBR 出水氨氮濃度維持在5 mg/ L 以下,在實際的操作中只要不受沖擊,不打破平衡,氨氮的去除率都能穩定在90 %以上。
3 影響因素及存在問題
3.1 污泥濃度
從運行情況看,MBR 生物反應池的污泥濃度高低也會直接影響處理效果。在實際操作中,池中的污泥濃度容易上升,因為有膜的存在,活性污泥無法流失。因此,污泥的生長速度較快,污泥濃度過高時,碳源又不夠,這時污泥會自身氧化、分解。從而使COD 升高,影響出水的COD 值,在實際操作中一般控制在2 500～4 000 mg/ L 。
3.2 溶解氧
溶解氧的高低也會直接影響活性污泥的生長,當溶解氧過高時,會使污泥分解,產生大量的泡沫,使污泥活性降低,從而影響處理效果,產生大量的泡沫,會溢流至池外,造成環境污染。在生產過程中,溶解氧一般控制在2～4 mg/ L 。
3.3 pH值
在MBR 生物反應池中,p H 值是變化的。因為硝化反應生成硝酸鹽要能釋放出強酸,使污水 p H 值降低,而硝化作用需在弱堿條件下進行,為保證硝化作用的正常進行,需向污水中加堿,調整污水p H 在7.2 以上。
3.4 存在問題
(1) MBR 生物反應器應用于煉油廢水處理中,石油類物質對膜的污染是比較敏感的,膜長期浸泡在煉油污水中,表面會吸附和積累石油類,從而會使通量下降,最后會影響處理量。
(2) 由于膜的作用,活性污泥不可能流失,因此,過剩的活性污泥量會多很多,為了確保正常的生產,每天需排過剩污泥,這樣給污泥的后處理增加了費用。
(3) COD 的去除率還不夠理想,雖然比傳統的生化曝氣有比較大的優勢,但作為一種新技術,處理有機物,最后的絕對值還停留在70～100 mg/ L , 有待進一步完善。
(4) 由于活性污泥的生長速度快,容易使池中產生大量的泡沫。若發現不及時,沒有及時調整工藝參數,就容易產生溢池,污染環境。
4 成本核算
4.1 直接成本
直接成本,如表4 。
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4.2 間接費用
4.2.1 膜更換費用
膜的壽命年限以5 年計,每片面積為1215 m2 MBR 膜的成本在2 000 元;則每產一噸水,膜更換費用為:0.36 元
4.2.2 系統折舊
設備系統折舊年限以10 年計,則每產一噸水折舊費用為:0.418 元土建系統折舊年限以20 年計,則每產一噸水折舊費用為:0.16 元以上三項合計: 0.36 + 0.418 + 0.16 = 0.938 元/ t 413 總的費用直接費用+ 間接費用: 0.80 + 0.938 = 1.738 元/ t
5 結論
(1) 該聚偏氟乙烯中空纖維膜生物反應器,在一定的操作條件下,工作通量為10～15 L/ (m2 · h) ,剛開始三個月內通量有所下降,連續運轉三個月后,通量比較穩定,壓力沒有繼續向上升的趨勢。
(2) MBR 系統處理煉油廢水,采用二級氧化后,COD、油、N H3 - N、濁度的平均去除率分別穩定在80 %、60 %、90 %、99 %以上,比傳統的生化效果有明顯的效果優勢。
(3) MBR 系統的出水,基本上不帶菌類,運行半年來,出水后的管線,池壁都不長藻類,為回用后續工藝,打好了基礎。
(4) MBR 系統在保證出水水質良好和去除率的穩定性方面起著非常重要的作用。
(5) MBR 裝置自控程度高,系統運行穩定,各設備、管道、閥門、儀器、儀表特別是核心部件膜組件能正常工作。
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