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摘要：采用膜生物反应器处理混凝沉淀后的含油废水，当COD平均进水浓度为323.6mg/L，平均出水浓度为135.2mg/L，去除率基本在60%左右；进水氨氮浓度为20mg/L左右，平均出水浓度为1.2mg/L，去除率基本维持在90%以上；可以满足污水达标排放的要求。MBR对COD的处理效率随着进水含盐量增加明显下降，出水水质逐渐变差，COD出水指标不能达标。在实际工程中，应该尽量保证进水含盐量低于8000mg/L。
关键词：膜生物反应器 含油废水 含盐量
中图分类号：[R123.3]文献标识码：A文章编号
Research on Harbor Oil-Contained Wastewater Treatment by Submerged Membrane Bioreactor
Wang Jian-gong
(Key Laboratory of Environmental Protection in Water Transport Engineering Ministry of Communications, Tianjin Research Institute of Water Transport Engineering, Tianjin 300456, China)
Abstract: A Submerged Membrane Bioreactor (MBR) was applied to treat harbor oil-contained wastewater after coagulation-sedimentation process. When the influent COD was 326.6mg/L, average COD concentration of effluent from the MBR was 135.2mg/L, with the average removal efficiency of 60%. Influent ammonia nitrogen was 20mg/L, effluent value was 1.2mg/L, with the removal efficiency more than 90%. The COD removal capacity of MBR deteriorated with the increase of influent salt content, thus, the influent TDS should be limited below 8000mg/L.
Key words: Membrane bioreactor; harbor oil-contained wastewater; salt content
膜分離技术是利用特殊制造的多孔材料的拦截作用，以物理截留的方式去除水中一定颗粒大小的污染物[1]。生物处理技术是利用自然界中微生物对污染物的特异降解能力，实现污染物的分解及无害化。膜生物反应处理工艺将二者有机结合，并具有污染物去除能力强、剩余污泥少、占地面积小等特点，在废水处理领域得到了广泛的研究与应用。本文即利用一体式膜生物反应器处理混凝沉淀后的港口含油废水，研究其对COD、氨氮的处理能力，并就含油量对MBR除污效能的影响进行了探讨。
1 材料与方法
1.1 试验装置与运行方式
1.1.1 膜生物反应器
膜生物反应装置由有机玻璃制成；外观尺寸为L×B×H=1000×100×1300mm；有效容积为0.10m3。反应器采用完全混合式活性污泥反应器，由隔板分隔成两个底部相通的部分。隔板的两侧均设有穿孔曝气管，其正上方装有中空纤维膜组件。通过曝气一方面使反应器中的活性污泥混合液维持一定的循环流动速度，形成对膜表面的冲刷，以减轻活性污泥在膜表面的沉积；另一方而供给微生物分解污水中有机物所需的氧气。反应器中的水位通过液位计控制进水泵的开启来保持恒定。系统出水采用恒流泵抽吸出水，出水水量由恒流泵调节控制，采用8min出水/2min停的出水方式。
试验中采用的膜组件为天津膜天膜科技有限公司生产的聚偏氟乙烯(Polyvinylidene，PVDF) 中空纤维膜。膜组件为帘式膜，详细参数见表1。
表1 膜组件参数
项目 参数
材料 聚偏氟乙烯(Polyvinylidene，PVDF)
膜面积 (m2) 1.0
孔径 (μm) 0.1～0.2
内/外径 (mm) 0.5/0.8
比通量 (L/h•m2•m ) 12
纤维长度 (mm ) 400
组件尺寸 (L×B，mm ) 450×350
1.1.2 试验用水与污泥来源
试验用水取自天津市某港区含油废水处理系统混凝沉淀后出水；接种污泥为天津市某污水处理厂污泥浓缩池的活性污泥。
1.3 分析项目及方法
pH、COD、氨氮、含盐量均采用标准方法测定[2]。
2 试验结果与讨论
2.1 MBR对含油废水中COD的处理效果
MBR对COD的去除效果见图1。在驯化初期，MBR对COD的去除率波动较大，这主要是因为启动初期微生物对进水还不适应，废水中部分污染物抑制了微生物活性，因此对COD的去除效果也较差。另外，进水中含盐量的而随着时间的推移，微生物活性逐渐恢复，相应COD去除效率也逐渐提高，反应器运行后期，系统对COD去除率基本在60%左右；当COD平均进水浓度为323.6mg/L，平均出水浓度为135.2mg/L，可以满足污水达标排放的要求。
图1 膜生物反应器COD去除性能
2.2 含盐量对MBR中COD处理效果的影响
根据相关工程经验及科学研究认为[3,4]：反应器启动初期盐浓度的高低波动（图2）是导致MBR对COD的去除率波动较大的主要原因。
为了进一步分析无机盐对反应器有机物去除性能的影响，我们人为加大了进水中的含盐量，分别至10000mg/L及15000mg/L左右；每种工况下运行15天左右，考察MBR反应器的运行效果及盐度对系统稳定性指标的影响。实验结果如图3所示。
图2 膜生物反应器进水全盐量变化
图3 膜生物反应器进水全盐量对COD去除性能的影响
由试验结果可以看出，系统对COD的处理效率随着进水含盐量增加明显下降，生化系统运行效果受到明显影响，出水水质变差，COD指标出水不能达标。可见含油废水中的盐浓度是影响是MBR系统稳定运行的制约性因素。因此在实际工程实践中，应该尽量保证进水含盐量波动在一定范围内。
2.3 MBR对含油废水中氨氮的处理效果
MBR反应器具有较高的脱氮效果已早有报道，这是由于MBR反应器对于污泥的高效截留作用，使系统的污泥龄与污水的停留时间无关，因此，像硝化菌这样世代时间长的细菌也得以在其上增长繁殖，从而能够达到良好的脱氮效果。
试验通过考察系统进出水氨氮浓度的变化来分析反应器中硝化反应进行程度。结果显示，在DO浓度=5.0mg/L的条件下，系统中的亚硝化细菌和硝化细菌都能将氨氮转化为硝态氮，达到了对氨氮较好的去除率。
同时，有研究表明，生物硝化过程是一个消耗碱度的过程，在附着型生物膜反应器工艺中，生物硝化可以引起pH的降低，降低幅度约1个pH值左右。本试验中经过硝化作用后，反应器出水pH值比进水pH值下降了0.3左右（平均值），较好地证明了以上观点。
表2 稳定运行期MBR反应器对氨氮的去除效果
运行时间 (d) 5 10 16 23 30 40 50 60
进水氨氮 (mg/L) 21.1 18.2 20.8 15.4 28.9 22.5 20.1 23.6
出水氨氮 (mg/L) 1.2 1.4 1.1 0.7 2.9 2.3 2.0 1.7
去除率 (%) 94.3 92.3 94.7 95.5 90.0 89.8 90.0 92.3
3 结论
(1) MBR中COD平均进水浓度为323.6mg/L，平均出水浓度为135.2mg/L，去除率基本在60%左右；进水氨氮浓度为20mg/L左右，平均出水浓度为1.2mg/L，（除个别情况）去除率均在90%以上；可以满足污水达标排放的要求。
(2) MBR对COD的处理效率随着进水含盐量增加明显下降，出水水质逐渐变差，COD出水指标不能达标。在实际工程中，应该尽量保证进水含盐量低于8000mg/L。
参考文献：
[1] 蔺爱国, 刘培勇, 刘刚, 等. 膜分离技术在油田含油污水处理中的应用研究进展. 工业水处理, 2006, 26 (1): 5~8.
[2] 国家环境保护局. 水和废水监测分析方法. (第四版). 北京: 中国环境科学出版社, 2003.
[3] Kargi F., Dincer C.R. Saline wastewater treatment by halophile-supplemented activated sludge culture in an aerated rotating biodisc contactor. Enzyme and Microbial Technology, 1998, 22 (6): 427~433.
[4] 李志华, 王立东, 王晓昌. 含盐量对好氧颗粒污泥稳定性及微生物组成的影响. 环境污染与防治，2008, 30 (10): 8~10, 15.
关键词：膜生物反应器 含油废水 含盐量
中图分类号：[R123.3]文献标识码：A文章编号
Research on Harbor Oil-Contained Wastewater Treatment by Submerged Membrane Bioreactor
Wang Jian-gong
(Key Laboratory of Environmental Protection in Water Transport Engineering Ministry of Communications, Tianjin Research Institute of Water Transport Engineering, Tianjin 300456, China)
Abstract: A Submerged Membrane Bioreactor (MBR) was applied to treat harbor oil-contained wastewater after coagulation-sedimentation process. When the influent COD was 326.6mg/L, average COD concentration of effluent from the MBR was 135.2mg/L, with the average removal efficiency of 60%. Influent ammonia nitrogen was 20mg/L, effluent value was 1.2mg/L, with the removal efficiency more than 90%. The COD removal capacity of MBR deteriorated with the increase of influent salt content, thus, the influent TDS should be limited below 8000mg/L.
Key words: Membrane bioreactor; harbor oil-contained wastewater; salt content
膜分離技术是利用特殊制造的多孔材料的拦截作用，以物理截留的方式去除水中一定颗粒大小的污染物[1]。生物处理技术是利用自然界中微生物对污染物的特异降解能力，实现污染物的分解及无害化。膜生物反应处理工艺将二者有机结合，并具有污染物去除能力强、剩余污泥少、占地面积小等特点，在废水处理领域得到了广泛的研究与应用。本文即利用一体式膜生物反应器处理混凝沉淀后的港口含油废水，研究其对COD、氨氮的处理能力，并就含油量对MBR除污效能的影响进行了探讨。
1 材料与方法
1.1 试验装置与运行方式
1.1.1 膜生物反应器
膜生物反应装置由有机玻璃制成；外观尺寸为L×B×H=1000×100×1300mm；有效容积为0.10m3。反应器采用完全混合式活性污泥反应器，由隔板分隔成两个底部相通的部分。隔板的两侧均设有穿孔曝气管，其正上方装有中空纤维膜组件。通过曝气一方面使反应器中的活性污泥混合液维持一定的循环流动速度，形成对膜表面的冲刷，以减轻活性污泥在膜表面的沉积；另一方而供给微生物分解污水中有机物所需的氧气。反应器中的水位通过液位计控制进水泵的开启来保持恒定。系统出水采用恒流泵抽吸出水，出水水量由恒流泵调节控制，采用8min出水/2min停的出水方式。
试验中采用的膜组件为天津膜天膜科技有限公司生产的聚偏氟乙烯(Polyvinylidene，PVDF) 中空纤维膜。膜组件为帘式膜，详细参数见表1。
表1 膜组件参数
项目 参数
材料 聚偏氟乙烯(Polyvinylidene，PVDF)
膜面积 (m2) 1.0
孔径 (μm) 0.1～0.2
内/外径 (mm) 0.5/0.8
比通量 (L/h•m2•m ) 12
纤维长度 (mm ) 400
组件尺寸 (L×B，mm ) 450×350
1.1.2 试验用水与污泥来源
试验用水取自天津市某港区含油废水处理系统混凝沉淀后出水；接种污泥为天津市某污水处理厂污泥浓缩池的活性污泥。
1.3 分析项目及方法
pH、COD、氨氮、含盐量均采用标准方法测定[2]。
2 试验结果与讨论
2.1 MBR对含油废水中COD的处理效果
MBR对COD的去除效果见图1。在驯化初期，MBR对COD的去除率波动较大，这主要是因为启动初期微生物对进水还不适应，废水中部分污染物抑制了微生物活性，因此对COD的去除效果也较差。另外，进水中含盐量的而随着时间的推移，微生物活性逐渐恢复，相应COD去除效率也逐渐提高，反应器运行后期，系统对COD去除率基本在60%左右；当COD平均进水浓度为323.6mg/L，平均出水浓度为135.2mg/L，可以满足污水达标排放的要求。
图1 膜生物反应器COD去除性能
2.2 含盐量对MBR中COD处理效果的影响
根据相关工程经验及科学研究认为[3,4]：反应器启动初期盐浓度的高低波动（图2）是导致MBR对COD的去除率波动较大的主要原因。
为了进一步分析无机盐对反应器有机物去除性能的影响，我们人为加大了进水中的含盐量，分别至10000mg/L及15000mg/L左右；每种工况下运行15天左右，考察MBR反应器的运行效果及盐度对系统稳定性指标的影响。实验结果如图3所示。
图2 膜生物反应器进水全盐量变化
图3 膜生物反应器进水全盐量对COD去除性能的影响
由试验结果可以看出，系统对COD的处理效率随着进水含盐量增加明显下降，生化系统运行效果受到明显影响，出水水质变差，COD指标出水不能达标。可见含油废水中的盐浓度是影响是MBR系统稳定运行的制约性因素。因此在实际工程实践中，应该尽量保证进水含盐量波动在一定范围内。
2.3 MBR对含油废水中氨氮的处理效果
MBR反应器具有较高的脱氮效果已早有报道，这是由于MBR反应器对于污泥的高效截留作用，使系统的污泥龄与污水的停留时间无关，因此，像硝化菌这样世代时间长的细菌也得以在其上增长繁殖，从而能够达到良好的脱氮效果。
试验通过考察系统进出水氨氮浓度的变化来分析反应器中硝化反应进行程度。结果显示，在DO浓度=5.0mg/L的条件下，系统中的亚硝化细菌和硝化细菌都能将氨氮转化为硝态氮，达到了对氨氮较好的去除率。
同时，有研究表明，生物硝化过程是一个消耗碱度的过程，在附着型生物膜反应器工艺中，生物硝化可以引起pH的降低，降低幅度约1个pH值左右。本试验中经过硝化作用后，反应器出水pH值比进水pH值下降了0.3左右（平均值），较好地证明了以上观点。
表2 稳定运行期MBR反应器对氨氮的去除效果
运行时间 (d) 5 10 16 23 30 40 50 60
进水氨氮 (mg/L) 21.1 18.2 20.8 15.4 28.9 22.5 20.1 23.6
出水氨氮 (mg/L) 1.2 1.4 1.1 0.7 2.9 2.3 2.0 1.7
去除率 (%) 94.3 92.3 94.7 95.5 90.0 89.8 90.0 92.3
3 结论
(1) MBR中COD平均进水浓度为323.6mg/L，平均出水浓度为135.2mg/L，去除率基本在60%左右；进水氨氮浓度为20mg/L左右，平均出水浓度为1.2mg/L，（除个别情况）去除率均在90%以上；可以满足污水达标排放的要求。
(2) MBR对COD的处理效率随着进水含盐量增加明显下降，出水水质逐渐变差，COD出水指标不能达标。在实际工程中，应该尽量保证进水含盐量低于8000mg/L。
参考文献：
[1] 蔺爱国, 刘培勇, 刘刚, 等. 膜分离技术在油田含油污水处理中的应用研究进展. 工业水处理, 2006, 26 (1): 5~8.
[2] 国家环境保护局. 水和废水监测分析方法. (第四版). 北京: 中国环境科学出版社, 2003.
[3] Kargi F., Dincer C.R. Saline wastewater treatment by halophile-supplemented activated sludge culture in an aerated rotating biodisc contactor. Enzyme and Microbial Technology, 1998, 22 (6): 427~433.
[4] 李志华, 王立东, 王晓昌. 含盐量对好氧颗粒污泥稳定性及微生物组成的影响. 环境污染与防治，2008, 30 (10): 8~10, 15.