關(guān)鍵詞  膜分離技術(shù) 膜-生物膜 雙膜式生物反應(yīng)器 屠宰廢水

　　Abstracts ：This paper takes a slaughter plant as case，discusses the principle，process flow of double membrane bioreactor for slaughter wastewater treatment，describes the main design elements of this project. Through the analysis of the effectiveness of management，operation cost and economic benefit，this paper states the conclusion that to build the slaughter house wastewater treatment and reuse engineering by double membrane bioreactor waste water treatment process may obtain very good treatment effectiveness，economic benefit and social benefit.

　　Key words:membrane separation technique  membrane - biological membrane double membrane bioreactor slaughter wastewater

　　1 工程概況

　　某食品公司屠宰廠，位于某市城郊接合部地段 ，產(chǎn)生的屠宰廢水約為200m3/d，多年以來(lái)該屠宰廠的廢水未經(jīng)處理直接排進(jìn)附近河道中，不但污染了自然水體，也嚴(yán)重破壞了周邊生態(tài)環(huán)境。2008年，該公司投資60萬(wàn)元，采用雙膜式生物反應(yīng)器廢水處理工藝，建設(shè)廢水處理站，對(duì)屠宰廢水進(jìn)行治理，處理后的出水作為該廠的中水進(jìn)行回用，工程投入使用后取得了較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。

　　2 水量、水質(zhì)

　　該廢水處理站設(shè)計(jì)處理水量為200m3/d。屠宰廢水由于含有大量的血污、油脂、蛋白質(zhì)、內(nèi)臟雜物等大分子污染物，廢水中污染因子以COD、BOD、SS、NH3-N為主，進(jìn)站廢水與處理后再生水水質(zhì)情況見表1。

　　表1 某屠宰廠進(jìn)站廢水與處理后再生水水質(zhì)一覽表

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目	pH	SS/ (mg.L-1)	COD/ (mg.L-1)	BOD (mg.L-1)	NH3-N (mg.L-1)	動(dòng)植物油 (mg.L-1)	細(xì)菌總數(shù)/(CFU. mL-1)
進(jìn)水	6.8	1094.3	2171	1073	179.7	194．3	72000
出水標(biāo)準(zhǔn)	7.3	20	60	10	15	1	200

3 雙膜式生物反應(yīng)器污水處理工藝原理

　　膜分離是指通過(guò)特定的膜的滲透作用，借助于外界能量或化學(xué)位差的推動(dòng)，對(duì)兩組分或多組分混合物的氣體或液體進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集[1]。廢水的膜處理方法包括：微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）及電滲析（ED）等。膜分離技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用，報(bào)道的有反滲透、超濾技術(shù)在乳品工業(yè)中進(jìn)行乳清蛋白的回收、脫鹽和牛乳的濃縮，在飲料工業(yè)中用反滲透設(shè)備處理果汁以減少其固形物，超濾用于果汁的澄清，以及用于純水的制造[2]。

　　膜生物反應(yīng)器工藝（MBR工藝）是現(xiàn)代膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種新型廢水生物處理技術(shù)，它利用膜分離裝置將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物質(zhì)有效截留，替代二沉池，使生化反應(yīng)池中的活性污泥濃度（生物量）大大提高；實(shí)現(xiàn)水力停留時(shí)間（HRT）和污泥停留時(shí)間（SRT）的分別控制，將難降解的大分子有機(jī)物質(zhì)截留在反應(yīng)池中不斷反應(yīng)、降解。膜—生物反應(yīng)器工藝通過(guò)膜分離技術(shù)大大提高了生物反應(yīng)器的處理效率，與傳統(tǒng)的生物處理工藝相比，具有生化效率高、抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)、出水水質(zhì)好且穩(wěn)定、占地面積小、排泥周期長(zhǎng)、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，是目前在高濃度有機(jī)廢水處理、中水回用處理等領(lǐng)域最有前途的廢水生物處理技術(shù)之一。

　　雙膜式生物反應(yīng)器廢水處理工藝是一種改進(jìn)型“膜—生物膜”（MBR）技術(shù)。內(nèi)設(shè)有生物填料和高強(qiáng)度中空纖維膜組件，構(gòu)筑物中部分微生物以生物膜的形式固定生長(zhǎng)于特定的生物填料表面，部分則是絮狀懸浮生長(zhǎng)于構(gòu)筑物水中，因此它兼有傳統(tǒng)的活性污泥法與生物濾池二者的特點(diǎn)，再通過(guò)膜分離技術(shù)將懸浮物和病毒細(xì)菌截離去除。雙膜式生物反應(yīng)器廢水處理工藝裝置具有高質(zhì)量出水，能維持高效活性污泥和較高的硝化效率等特點(diǎn)，在膜分離過(guò)程中，為了預(yù)防和阻緩膜的污染，破壞膜組件在運(yùn)行中的濃差極化進(jìn)程，增強(qiáng)膜的工作效率，延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)膜組件采用強(qiáng)制式自清洗工序，從而節(jié)省污水處理成本，保證了膜組件的正常運(yùn)行。

　　與傳統(tǒng)的生化處理工藝一樣，雖然也是利用微生物來(lái)降解廢水中的污染物質(zhì)，但不同的是，雙膜式生物反應(yīng)器廢水處理工藝采用的是生物層級(jí)重組技術(shù)，一方面，利用多層次的生物組合和各層次微生物菌群消化廢水中的污染物，另一方面，使各層級(jí)的微生物形成食物鏈，處于衰老期微生物和微生物殘?bào)w成為處于增長(zhǎng)期微生物的“糧食”被吃掉，各個(gè)層級(jí)的微生物互為化解，從而使整個(gè)廢水處理過(guò)程沒有剩余污泥產(chǎn)生。

　　4 工藝流程圖

　　詳見圖1。

　　圖1 系統(tǒng)工藝流程圖

　　5 主要工藝設(shè)計(jì)

　　池長(zhǎng)5m，寬3m，有效水深2m，地下混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間3h，進(jìn)水端設(shè)有粗格柵，規(guī)格：0.8 m×0.4m，柵條間隙15mm ，人工清渣。

　　5.2 前置處理系統(tǒng)

　?。?）調(diào)節(jié)池

　　池長(zhǎng)5m，寬3.2m，有效水深4.2m，地下混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間8h，池子首端設(shè)粗格柵，規(guī)格：0.8 m×0.4m，柵隙10mm，人工清渣；池子終端設(shè)細(xì)格柵，規(guī)格：0.8 m×0.4m，柵隙5mm，人工清渣。

　?。?）折流式厭氧反應(yīng)器(ABR)工藝，單池5m×3.8m×4.2m，共4池，地下混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間38h。

　　5.3 雙膜法生物反應(yīng)器處理系統(tǒng)

　　（1）生物膜反應(yīng)池

　　單池5 m×2m×4.2m，共2池，地下混凝土結(jié)構(gòu)，每池內(nèi)設(shè)置組合生物填料30m3，水力停留時(shí)間10h，采用微孔曝氣充氧。

　　（2） 膜分離池

　　1組（5m×2m×4.2m），地下混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)安裝聚偏氟乙烯()中空纖維簾式膜，膜孔徑0.1μm，膜面積20 m2，共40片，其主要作用是分離、截留來(lái)自生物膜反應(yīng)池脫落的生物膜、微生物和其他懸浮固態(tài)物，并將分離、截留物通過(guò)回流泵送至調(diào)節(jié)池重復(fù)生化處理過(guò)程。膜組件運(yùn)行方式采用錯(cuò)流進(jìn)水、逆向曝氣、間歇運(yùn)行方式，膜出水泵工作狀況為抽吸10分鐘，停留時(shí)間2分鐘。清水作中水回用。

　　5.4 回流比與水、氣比

　　進(jìn)入雙膜法生物反應(yīng)器處理系統(tǒng)的廢水量（Q）與回流水量（q）之比為1：1，過(guò)水流量為8.3m3/h，因此生物膜反應(yīng)器水力停留時(shí)間為10h。廢水量（Q）曝氣量（V）之比為1：20，廢水經(jīng)曝氣充氧后，自下向上由生物膜反應(yīng)池進(jìn)入膜分離池，利用生物膜的生化作用降解廢水中的有機(jī)污染物，再由膜分離截留廢水中的微生物和固形物。若增大回流量和曝氣量，一方面會(huì)減少生物膜反應(yīng)池的水力停留時(shí)間，處理效果會(huì)下降，另一方面大水量和大氣量對(duì)成熟生物膜的沖出，造成生物膜過(guò)早脫落，影響處理效果，若減少回流水量，一來(lái)加重了有機(jī)污染物負(fù)荷， 也會(huì)影響生物處理效果，若減少曝氣量，會(huì)造成膜組件在運(yùn)行過(guò)程中的氣反沖能力減弱，容易形成膜的濃差極化，加劇膜的污染進(jìn)程，從而影響膜的通量和使用壽命。經(jīng)過(guò)多次實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)，廢水量與回流水量采用1：1， 廢水量與曝氣量采用1：20較適宜。

　　5.5 菌種與生物載體

　　菌種是經(jīng)過(guò)培育馴化的，能夠適應(yīng)設(shè)定的廢水環(huán)境條件，具有較強(qiáng)的生物活性，經(jīng)過(guò)培植制作，以固態(tài)或液態(tài)形式作為接種菌種，在反應(yīng)池中與載體充分混合，再通過(guò)生物技術(shù)措施，固定繁殖于設(shè)置的生物填料上，在廢水中快速形成成熟的生物膜。

　　生物載體取自該市城區(qū)污水廠活性污泥，活性污泥投加量為反應(yīng)池水的1~5%，菌種投加量為活性污泥重量的0.5~1%，一同投入各反應(yīng)池并進(jìn)行充分的攪拌混合。

　　6 工藝特點(diǎn)

　　雙膜式生物反應(yīng)器廢水處理工藝無(wú)剩余污泥，不需污泥處理設(shè)施，不需建沉淀池，節(jié)省占地面積。MLSS可達(dá)12g/L以上，能承受較大的水力、濃度沖擊負(fù)荷。與SBR法、AB法和常規(guī)活性污泥法相比，處理效果大為提高，操作管理更為簡(jiǎn)化，基建投資也大大減少。

　　7 使用效果

　　該廠的高濃度屠宰廢水經(jīng)車間隔油池和格柵設(shè)施處理后進(jìn)入處理站，處理站主要對(duì)廢水中COD、BOD、SS、NH3-N、乳化油等有機(jī)污染物進(jìn)行處理。使用效果見表2。

　　表2 廢水處理效果統(tǒng)計(jì)表

監(jiān)測(cè)日期	監(jiān)測(cè)項(xiàng)目	進(jìn)水/(mg.L-1)	一級(jí)處理		二級(jí)處理		總?cè)コ?%
			出水/(mg.L-1)	去除率/%	出水/(mg.L-1)	去除率/%
2012-03-15	COD	2150	817	62	40.8	95	98.1
	SS	1120	492.8	56	4.9	99.0	99.7
	NH3-N	179	98.5	45	3.9	96	98
	動(dòng)植物油	193	19．3	90	0．97	95	99．5
2012-03-16	COD	2230	802.8	64	40.1	95	98
	SS	1190	535.5	55	5.3	99.0	99.5
	NH3-N	182	103.7	43	4.1	96	98.4
	動(dòng)植物油	201	20．1	90	1．0	95	99．5
2012-03-17	COD	2134	725.6	66	36.3	95	98.3
	SS	973	457.3	53	4.6	99.0	99.3
	NH3-N	178	97.9	45	3.9	96	98.5
	動(dòng)植物油	189	18．9	90	0．95	95	99．4
三天 平均值	COD	2171	781.8	64	38.8	95	98.1
	SS	1094.3	621.7	54.7	4.9	99.0	99.5
	NH3-N	179.7	100.0	44.3	4.0	96	98.3
	動(dòng)植物油	194．3	19．43	90	0．97	95	99．5

8 經(jīng)濟(jì)效益分析

　　廢水處理站于2008年12月建成，經(jīng)3個(gè)月試運(yùn)行和調(diào)試， 2009年3月1日投入正式投入使用。按年生產(chǎn)360天計(jì)，該廠每天自來(lái)水用量從200 m3減少到120 m3，主要作為宰后豬胴體、內(nèi)臟清洗用水，而沖洗生產(chǎn)場(chǎng)地、豬欄、運(yùn)輸車輛和清潔環(huán)境全部使用處理后的再生水，年處理水量超過(guò)72000m3/a，回用率達(dá)到40%，年節(jié)約自來(lái)水28800 m3。水處理成本一般不超過(guò)0.4 元/m3。 表3反映了該廠廢水處理站投入運(yùn)行的累計(jì)運(yùn)行成本及水資源再利用效益情況。從表中可知，計(jì)算節(jié)省的排污費(fèi)、用水費(fèi)用，扣除污水處理費(fèi)用之后，該項(xiàng)目的投資可以在2年之內(nèi)全部回收。

　　表3 水處理成本及中水回用效益

項(xiàng)目	2009年	2010年	2011年
總處理水量( m3/年)	60000	72000	72000
再生回用水量( m3/年)	24000	28800	28800
再生利用率( %)	40	40	40
單位水處理成本(元.m-3)	0.4	0.4	0.4
總處理成本  (萬(wàn)元/年)	2.4	2.88	2.88
自來(lái)水水價(jià)(元.m-3)	2.56	2.56	2.56
節(jié)約自來(lái)水費(fèi)用(萬(wàn)元/年)	5.184	6.221	6.221
本項(xiàng)目實(shí)施前應(yīng)繳交排污費(fèi)（萬(wàn)元/年）	22.4213	36.8822	36.8822
現(xiàn)繳交排污費(fèi)（萬(wàn)元/年）	0.2094	0.2513	0.2513
節(jié)約排污費(fèi)（萬(wàn)元/年）	22.2119	36.6309	36.6309
年節(jié)約費(fèi)用（自來(lái)水費(fèi)+排污費(fèi)）（萬(wàn)元/年）	27.3959	42.8519	42.8519
未回用部分廢水的 處理成本（萬(wàn)元）	1.44	1.728	1.728
本項(xiàng)目總投資（萬(wàn)元）	60
按節(jié)約費(fèi)用計(jì)算的 投資回收期(年)	1.73

9 結(jié)束語(yǔ)

　　采用雙膜式生物反應(yīng)器廢水處理工藝建設(shè)屠宰廠廢水處理與回用工程，可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，也符合國(guó)家當(dāng)前節(jié)能減排，循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策。在我國(guó)，特別是南方地區(qū)水資源可利用率相對(duì)較低的情況下，如在食品屠宰行業(yè)這種耗水大戶中推廣使用，將會(huì)降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時(shí)極大地緩解我國(guó)水資源供需緊張的局面，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)良性發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善。

　　10 參考文獻(xiàn)

　　[1]汪洋，楊繼遠(yuǎn).膜分離技術(shù)的探討[J].商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，8（5）：92-94。

　　[2]陳海軍.膜分離技術(shù)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用.高等函授學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2008,21(4):39-41。

　　[3]邵剛，膜法水處理技術(shù)及工程實(shí)例，化學(xué)工業(yè)出版社2002.3