作者：苟青 何滔 朱旺平 贺磊* （中国海诚工程科技股份有限公司研发中心，上海 201702）

摘 要：采用M BR平板膜处理造纸废水，考察了H RT、D O、p H 和SRT对MBR系统COD处理效果的影响，同时研究了MBR膜长期 运行的污染特征和实际工程中的运用效果。实验表明：HRT、 pH、DO、SRT对MBR系统中COD去除效率有一定影响，MBR工艺 处理造纸废水COD去除率可达90%，排水符合排放标准。

关键词：造纸废水；MBR；设计参数

造纸行业是我国重要的传统行业之一，产业规模 庞大。中国是世界上最大的纸及纸板生产和消费市场， 造纸行业在快速发展的同时也给生态环境带来了压力。 据近几年数据统计，造纸行业每年排水量高达40多亿 m3 ，占全国污水总排放量的10%～12%[1]。制浆造纸工 艺包括制浆、漂白、洗涤和抄纸等，其中所产生的废水 分为备料废水、黑液和红液、中段水和纸机白水四大类 型[2]，具有S S含量高、色度大、可生化性差、有机物含量 高、成分复杂等特点[3]。 造纸废水处理方法分为物理法、化学法和生物法。 物理法主要包括过滤、混凝沉淀、气浮和吸附等方法[4，5]， 化学法包括高级氧化技术、水热氧化技术、光催化氧化技术等，其中后两种多处于实验室研究阶段[6～8]。生 物法主要有活性污泥法、生物接触氧化法和厌氧生物 法等方法[9，10]。为了达到更好的处理效果常常将几种处 理方法联合使用，但是仍然具有工艺流程长、易污泥膨 胀、剩余污泥量大、出水悬浮物多等缺点。 传统的生化处理已达处理极限，处理效率不能满 足工业发展需求，膜生物反应器（M B R）将传统的生物 处理技术与膜技术相结合，膜将微生物截留在反应器 内，防止各种有效微生物菌群的流失，高浓度微生物有 利于有机污染物的彻底降解，并且解决了污泥膨胀的问 题，提高了系统的抗冲击能力[11]。与传统的水处理工艺 相比具有占地面积少、出水水质好、剩余污泥产量少、设 备自动化程度高等特点[12]。本实验探讨M B R技术应用于造纸废水的处理效果、膜污染及其恢复情况，并进行 现场中试试验，为造纸废水M B R处理提供技术支持及 工程实践基础。

1 材料与方法

1.1 实验装置

1.1.1 小试实验装置 本实验采用浸没式M B R，平板膜组件（江苏沛尔 膜业股份有限公司）的材质为PV DF，膜孔径0.11μm， 膜面积0.0414m2 ，实验装置如图1所示。 污水经过进水泵进入膜生物反应器中，通过溢流 进入下一级处理系统，由真空泵抽吸出水，厌氧池中进 水与回流水充分混合进行反硝化脱氮，好氧池中进行硝 化反应及生物降解。膜池中的鼓风曝气提供了微生物生 长所需的溶解氧，同时上升的气泡对膜表面进行冲刷， 阻止了污泥聚集，减缓了膜污染。 1.1.2 中试实验装置（图2） 本研究中，M B R一体化装置为3.5m×2.2m×2.2m 的碳钢箱体包含M B R膜池及设备间，内置膜组件为江 苏沛尔膜业股份有限公司生产的平板膜元件P E I E R80 型，材质：P V D F，平均孔径：0.11μm；单片膜面积： 0.8m2 ，膜设计通量为180～200L/（m2.d），上部分为 支撑架，下部分为曝气系统，运行由P L C自动控制。风 机采用宜友机电Y U型，N=1.5kW，抽吸泵采用德国 WEILE，PW-175E，N=290W。

1.2 原水水质 本实验原水取自江苏理文造纸厂I C反应池出水， 原水主要水质指标如表1所示。

1.3 运行条件 在M B R膜池中注入曝气池中的活性污泥进行培 养。通过间歇曝气方式对活性污泥进行培养，约24h后 可将产水泵打开，在低于设计流量值下，进行适当产 水，直到活性污泥达到稳定增长阶段，即培养结束。 废水经过2mm格栅处理后，直接进入MBR膜池中 处理。M BR膜中试装置24h连续运行，当污泥浓度约为 15000m g/l以上时，可考虑外排10%膜池体积的污泥。 M B R运行机制是开8停2，记录实验中的各项运行参数 SV30、SVI、MLSS、DO、进出水COD等。

1.4 分析方法

COD和NH3-N采用罗维邦水质快速检测仪器检 测；p H测定采用上海三信仪表厂S X723型便携式p H 计；D O测定采用哈希H Q30d便携式荧光法溶氧仪；S S 测定采用重量法（孔径0.45μm滤膜）；MLSS测定采用 干重法；污泥沉降比（SV30）计算公式如下： 污泥沉降比（S V30）=(混合液经30m i n静置沉淀 后的污泥体积/混合液体积)×100% 污泥容积指数（SVI）的计算公式如下： SVI=(SV30的百分比×10)/MLSS(g/l) 1.5 膜组件清洗方法 当膜出水量明显向下降时，对膜组件进行清洗。用 不同的药剂按一定的顺序将膜组件进行浸泡。具体步骤 如下：先将膜组件用自来水进行冲洗，然后用0.5%的次 氯酸钠溶液浸泡4h后用清水冲洗，再用0.5%的草酸溶 液浸泡2h，最后用自来水将膜表面清洗干净

。 2 结果与讨论

2.1 HRT对MBR系统处理效果的影响 H R T是M B R处理系统中的重要参数，不仅影响 污染物去除效率，还决定设施的大小和膜的数量，影 响投资规模[13]。废水中的大分子有机物无法随水体排 出，H R T较短时，微生物降解不充分，会造成排出水体 的COD较高。实验过程中，pH为6.2～7.4，DO为2～4， 以不同H R T条件下系统出水C O D去除率为指标，考察 H R T对M B R运行效果的影响，实验结果如图3所示。 C O D的去除率随着H R T的增加而增加，当H R T达到 一定值时，C O D的去除率趋于稳定。这可能是由于当 HRT较低时大分子有机物不能充分降解，随着HRT的 增加，经过一段时间的氧化分解，有机污染物基本被降 解。

2.2 pH对MBR系统处理效果的影响 酶对微生物的生长有重要影响，酶都有适宜的p H 值，过高或过低的p H都会影响酶活性，进而影响微生 物代谢。另一方面，p H会影响细胞膜电荷，进而影响微 生物对营养物质的吸收，使微生物的正常生命活动受 到影响[14]。因此，p H对M B R系统的处理效果有重要影 响。本次实验中，在H R T为15h、D O为2～4条件下，考 察了不同pH对MBR系统COD去除率的影响，实验结果 如图4所示。当进水p H=6.5时，C O D去除率为63.2%； 当进水p H为7～8.5时，C O D去除率达85%～90%；当进 水pH为9时，COD去除率为70%。实验结果表明pH值对 M B R系统处理效果有显著影响，这可能是因为pH值的 改变影响酶活性，进而影响微生物的代谢过程，从而降 低MBR系统的有机物去除效率。 2.3 DO对MBR系统处理效果的影响 D O浓度对M B R系统处理效果起着至关重要的作 用，D O浓度较高时，有利于异养型微生物的生长和硝 化反应的进行；D O较低时，系统会形成较多的缺氧区 域，有利于反硝化反应的进行，抑制有机物的降解[12]。 本次实验中，HRT为15h、pH为6.2～7.4，以不同DO条 件下系统出水COD去除率为指标，考察DO对MBR运行 效果的影响，实验结果如图5所示。当MBR系统中的DO 为2时，COD的去除率为69.8%，这可能是因为系统内的 溶解氧较低时，系统中的D O被好氧微生物快速消耗殆 尽，M B R系统处于缺氧状态，部分微生物进行厌氧呼 吸，有机污染物不能完全氧化分解；随着D O浓度的增 加，系统中的D O为3时，C O D的去除率为85.4%，大部分微生物进行好氧呼吸，系统中的有机物污染物充分分 解；当D O浓度为4时，C O D的去除率达90%；继续提高 系统内的D O浓度，C O D的去除率没有明显变化。这可 能是由于在较高的DO条件下，微生物活性较高，有机污 染物被快速分解，系统内有机物浓度较低，微生物处于 饥饿状态，使得系统COD去除率趋于稳定[15]。

2.4 SRT对MBR系统处理效果的影响 MBR系统实现了SRT与HRT的完全分离，只能采 取人工排泥的方式调整M BR系统的S RT。当S RT较低 时，系统内年轻的活性污泥较多，微生物的新陈代谢能 力较强，污染物的去除效果好；当S R T较高时，系统内 的活性污泥逐渐老化，新陈代谢能力降低，系统的处 理效果变差[15]。本次实验中，H R T为15h、p H为6.2～ 7.4、D O为2～4，以不同SRT条件下系统出水C OD去除 率为指标，考察S R T对M B R运行效果的影响，实验结 果如图6所示。当SRT为10d时，COD去除率为74.37%， 随着S R T的增加，C O D的去除率增加；当S R T达25d 时，C O D去除率变化不明显，呈稍微下降的趋势。这可能是由于S R T较短时，微生物与有机污染物未能充分 接触反应，随着S R T增加，世代时间（细菌两次细胞分 裂之间的时间）较长的硝化细菌逐渐累积，提升了有机 污染物的去除效率，但是较高的S R T会影响系统中的 M L S S，加速膜污染，使M BR系统的产水率降低，污染 物去除率下降。 2.5 膜污染特征 M B R膜污染主要来源于颗粒污染物在膜表面的 沉积和微生物在膜表面分泌的多聚物。本实验采用跨 膜压差（T M P）来表示膜污染程度。结果表明：跨膜压 差随实验天数的增加呈现“先缓慢增加后大幅度增加” 的特点。当膜生物反应器运行46d时，跨膜压差从3k P a 增加至15.6k P a，增加比较缓慢，接着跨膜压差增加剧 烈，67d时已增加至40k Pa，需要清洗。前半段跨膜压差 增加缓慢可能是由于实验前期，膜表面比较光滑，大分 子颗粒污染物不易附着，膜表面的微生物胞外聚合物 较少，随着实验的进行，越来越多的絮体颗粒物聚集在 MBR膜表面，形成泥饼层，胞外聚合物大量分泌形成凝胶层，导致膜污染阻力大幅度增加。

2.6 MBR处理造纸废水连续运行实验 经过实验室小试之后，在H RT为24h、pH为8、D O 为4、S RT为20d的条件下对M B R工艺处理造纸废水进 行了长期运行考察，实验结果如图7～图10所示。MBR中 试装置一共连续运行了60d，连续运行15d时，M L S S和 SV I趋于稳定，系统运行稳定之后，MBR出水的COD为 55m g/l左右，在运行至45d时出现意外，MBR出水达到 150m g/l以上，这可能与M B R系统中污泥浓度降低有 关。整个实验过程中，进水C O D平均值为882m g/l，出 水C O D为65.1m g/l，C O D去除率达90%，符合造纸废 水排水标准，MBR技术可用于造纸废水处理。

3 结论 (1）H R T、p H、D O、S R T对M B R系统中C O D去 除效率有显著影响，HRD＞14h、pH7～8.5、DO2～4、 SRT27～35为适宜的运行条件。 (2）M B R平板膜的污染特征具有跨膜压差随实验 天数的增加呈现“先缓慢增加后大幅度增加”的特点。 (3）M B R工艺处理造纸废水进行60d现场中试实 验，实验结果表明COD去除率可达90%。