对膜生物反应器（ＭＢＲ）工艺处理卷烟厂烟草废水进行现场试验研究，详细介绍了工艺流程、设备以及运行的主要控制参数。主要工序包括水解酸化、好氧曝气、ＭＢＲ 膜过滤和二沉池排水。实际运行结果表明，ＭＢＲ 工艺处理卷烟厂烟草废水的效果良好，系统产水水质达到城市绿化用水的水质标准，解决了一般废水处理系统膜污堵严重的运行难题。

关键词：

       废水处理；烟草废水；膜生物反应器；水解酸化；膜分离；微生物处理

 

       随着人类社会的快速发展和人类对自身生活品质、生存环境要求的提高，环境污染问题越来越受到社会的关注。目前，我国污水治理排放标准和回用标准日益提高，卷烟厂烟草废水的治理已经成为当前环境保护领域内的一项重要研究课题。膜生物反应器（ＭＢＲ）是将污水生物处理工艺和超滤、微滤膜分离技术相结合的一种新型污水处理方案，同时具有两种处 理 工 艺 的 优 点，占 地 面 积 小，出 水 水 质好，对高污染物浓度或具有难降解性质的有机废水处理效果的提升非常明显。根据膜组件安装方式的不同，ＭＢＲ分为内置式膜处理工艺和外置式膜处理工艺。本文 以 卷 烟 厂 产 生 的 烟 草 废 水 为 试 验 对象，主要研究了一体化膜生物反应器（ＭＢＲ）在烟草废水处理过程中的有机污染物去除效果以及最佳反应条件，同时对 ＭＢＲ膜污染情况进行了试验研究，并在试验后期采用二沉池替代膜排水。

１    试验部分

１.1 试验对象

       试验对象为玉溪卷烟厂烟草废水。本试验对烟草废水原水进行了连续取样，水质分析结果如表１所示。从表１中可 以 看 出，烟 草 废 水 的 ＣＯＤ、ＢＯＤ指标较高且波动较大，直接排放到水体中对环境危害较大。

 

           

 

1.2   工艺和装置

        本研究在卷烟厂现场进行试验，采用的工艺流程如图１所 示，主要装置为膜生物反应器（ＭＢＲ），采用内置式 ＭＢＲ平板膜。膜单元部分主要用于截留微生物和过滤出水，在压力驱动下混合液中的液体透过膜过滤出水，而颗粒物、大分子物质、活性污泥絮体等被截留，从而实现水力停留时间（ＨＲＴ）与污泥停留时间的彻底分离，避免了传统活性污泥法存在的当污泥浓度升高时产生污泥膨胀和污泥随二沉池负荷升高而流失的问题。该装置采用一体化结构设计，包含了水解酸化池、好氧曝气池、ＭＢＲ膜池和二沉池等，形成两套完整的废水处理工艺流程，可根据试验要求在 ＭＢＲ膜产水和二沉池产水两种运行模式间切换。设备箱体采用不锈钢制造，ＭＢＲ 平板膜组件内置于生物反应器单独设置的膜池内，膜下采用穿孔曝气管曝气，专用一台曝气风机提供压缩空气。好氧曝气池采用微孔曝气盘曝气，以提高氧气利用率，悬 浮 填 料 填 充 率 约３０％，水力 停 留 时间设置为１０ｈ。水解酸化池由循环泵进行搅拌，水力停留时间设置为８ｈ。二沉池内安装六角形蜂窝状 ＰＰ 材 质 的 斜 管 填 料，斜 管 长 度 １ ｍ、管 径 ５０ｍｍ，水力停留 时 间２ｈ。此外，一 体 化 膜 生 物 反 应器配备 有 溶 解 氧、ｐＨ 值、温度和液位控制系统，以及加药、曝气、搅拌等配套设备。设备主要参数指标如表２所示。

 

          

 

       车间排出废水经格栅、气浮处理后，通过潜污水泵提升进入水解酸化池，在水解酸化池中发生水解酸化反应，废水可生化性提高，水解酸化池出水自流进入好氧曝气池中。曝气池内的好氧活性污泥进一步降解水中的污染物。经好氧曝气处理后的泥水混合液在 ＭＢＲ抽吸泵的作用下通过 ＭＢＲ 膜过 滤 出水。曝气池设置有高、低两个过水孔，较低的过水孔与膜池连通并配有闸阀，较高的过水孔与二沉池连通。试验后期，通过触摸屏液位参数设置，调高曝气池内的运行液位，并关闭低过水孔闸阀，使污水只能通过位置较高的过水孔进入二沉池，设备的运行方式即调整为二沉池出水。

        试验过程通过计量泵定量对好氧曝气池进行碳源（葡萄糖）等营养物质投加，将废水 ＢＯＤ／ＣＯＤ 稳定控制在０．４，池内ｐＨ 值控制６．５～７．５之间。本试验装置可通过阀门的开关程度来控制进水流量，进而改变各个反应段的水力停留时间。

１.3 分析检测
       采用减重法测试 水 体 中 污 泥 浓 度（ＭＬＳＳ）；重铬酸钾法测试水体化学需氧量 ＣＯＤＣｒ；稀释与接种法测试水体生物需氧量 ＢＯＤ５；溶解 氧 测 定仪测试水体 溶 解 氧 浓 度 ＤＯ；玻璃 电 极测试 水 体ｐＨ 值。

２    结果与分析

２.1水解酸化的废水处理效果
       水解酸化池的主要作用是提高废水的可生化性。由于水解的作用，废水中的大分子有机物发生断链反应，被分解成分子链较短的有机物，从而有利于微生物的吸收和降解。此外，水解酸化池内填充的悬浮填料有利于微生物的生长附着，在一定程度上增强了系统运行的稳定性。在最佳污泥浓度条件下运行后，通过抽样检测获得的水解酸化前后废水的 ＢＯＤ和 ＣＯＤ值见表３。

 

              

 

       由表３可看出，烟草废水经水解酸化后 Ｂ／Ｃ值显著提高，即其可生化性提高。针对烟草废水中难降解成分复杂的特点，本试验逐步增加水解酸化反应的水力停留时间，考察水解酸化工艺在烟草废水处理中的实际效果，通过比较 ＣＯＤ去除 率 确 定 最 佳 的 水 力 停 留 时 间，以 减 小水解酸化池的运行负荷。试验期间均采用 ＭＢＲ 膜产水的运行方式，开始水解酸化水力停留时间为４ｈ，逐步提高到１０ｈ，每次提高水力停留时间后均运行３天 并 取 水 样 分 析，获 得 的 ＣＯＤ 去除 率 平 均 值见表４。系统在最佳污泥浓度条件下（５０００～６０００ｍｇ／Ｌ）运行。

 

           

 

        由表４可以看出，在水解酸化过程中，随着水力停留时间的增加，废水处理效果加强，但水力停留时间大于８ｈ后，ＣＯＤ去除率的提高明显变缓。分析原 因主要是当水解酸化时间不足时，反应不充分而直接影响到废水的酸化水解效果；但酸化反应时间过长会造成废水中还原产物的积累，使酸化反应受到抑 制，最终影响反应效率，降低投资经济性。因此，水解酸化水 力 停 留 时 间 以８ｈ为宜，ＣＯＤ 去除率在３０％左右。水解酸化池一般是通过反硝化气泡量、填料挂膜量以及最终出水指标来判断日常运行情况的好坏，本试验期间水解酸化池运行稳定，未发生异常现象。此外，由表４中数据还可以看出，增加水解酸化水力停留时间，明显有助于提高整套系统的 ＣＯＤ 去除 率；水解酸化水力停留时间为 ８ｈ时，系统 ＣＯＤ 去除率高达９６．８％；水解酸化在烟草废水处理中起到了重要作用。

２.2  好氧曝气池和 ＭＢＲ膜池的废水处理效果

         本试验定期对装置内活性污泥浓度进行检测，从好氧曝气池内取水样１００ｍＬ，烘干后称重并计算得到水样的污泥浓度，同时分析了相应的水解酸化产水和 ＭＢＲ 膜产水 ＣＯＤ 数据，结果 如 表５所 示。

 

                

 

        从表５可以看出，好氧段平均污泥浓度基本维持在５０００ｍｇ／Ｌ以上，膜产水 ＣＯＤ 可达到２０ｍｇ／Ｌ左右，达到了《城市污水再生利用·城市杂用水水质》标准中城市绿化用水要求；好氧段污泥浓度越高，对应的膜系统 ＣＯＤ 去除率越高。本试验由设备自动进行污泥平衡，通过底部曝气装置喷射的空气在膜表面形成高紊乱的湍流，可有效降低膜的污堵程度，延长运行周期。

       此外，在试运行期间发现，５０００～６０００ｍｇ／Ｌ是较佳的活性污泥浓度，生化细菌保持长期稳定生长，对车间排出的烟草废水中所含有的有毒有害物质具有良好的抗冲击能力，对烟厂杀虫剂等也具有一定的耐 药 性，同 时 可 满 足 城 市 绿 化 用 水 的 ＣＯＤ要求。

２.3 废水处理过程的跨膜压差变化

       试验装置中 ＭＢＲ膜产水采用电磁流量计进行精确计量，调节阀门控制膜通量保持恒定，并通过一套安装于产水管上的压力传感器检测跨膜压差。试验期间膜池污 泥 浓 度 保 持 在５０００～６０００ ｍｇ／Ｌ，平均膜通量保持在６００Ｌ／（ｈ·ｍ２）左右，跨膜压差变化如图２所示。

          

 

        从图２中可以看出，一定膜通量和污泥浓度下，试验初期随着活性污泥性能的提高，跨膜压差呈下降趋势，下降到一定程度后跨膜压差趋于平缓，设备进入稳定运行阶段，跨膜压差小于５ｋＰａ；运行３个 月 左 右 跨 膜 压 差 急 剧 升 高，高 于 ５０ｋＰａ时进行膜化学清 洗，清 洗 后 跨 膜 压 差 基 本 恢 复到污堵前的水平。

由试验结 果 可 以 看 出，应 用 ＭＢＲ 平板 膜 工 艺对烟草废水进行处理，膜污堵情况相较于卷烟厂原处理系统得到明显改善。ＭＢＲ 平板膜在一定污 泥浓度、一定膜通量下污染速度缓慢，化学清洗周期大于３个月，化学清洗后膜恢复情况良好，膜通量完全恢复到正常水平，保证了系统的连续稳定运行。

２.4   二沉池替代 ＭＢＲ膜的废水处理效果

         试验 后 期 采 用 二 沉 池 排 水 代 替 ＭＢＲ 膜出 水，在一定的运 行 条 件 下，进 出 水 的 水 质 如 表 ６ 所 示。

 

            

 

        对比表５与表６可看出，二沉池排水的有机污染物浓度虽然高于 ＭＢＲ膜产水，但其 ＣＯＤ 指标仍然稳定控制在５０ｍｇ／Ｌ 以下，能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级 Ａ 标准水质要求。

 

3      结 论

        １）采用膜生物反应器处理卷烟厂烟草废水，通过对废水 定 量 投 加 碳 源（葡 萄 糖 等 营 养 物 质）使 其ＢＯＤ／ＣＯＤ稳定控制在０．４；水解酸化段投加定量药剂使池水ｐＨ 值控制在６．５～７．５，水力停留８ｈ；好氧段溶解氧（ＤＯ）量控制在０．５～２ｍｇ／Ｌ，ｐＨ 值控制在６．５～７．０，使 活 性 污 泥 浓 度 维 持 在 ５０００～６０００ｍｇ／Ｌ；精确控制膜通量，即可获得最佳 ＭＢＲ膜出水，出水 ＣＯＤ 指标 可 长 期 保 持 在３０ ｍｇ／Ｌ 以下，达到城市绿 化 用 水 的 水 质 要 求，且 好 氧 段 ＣＯＤ去除率保持在８０％以上，ＣＯＤ去除效果显著。

        ２）在保证系统产水水质、水量的前提下，跨膜压差增长缓慢，可稳定运行３个月而无大幅度增长；膜清洗周期明显延长，且化学清洗后膜恢复情况良好。

       ３）采用二 沉 池 替 代 ＭＢＲ 膜，二沉池排水的有机污染物浓度虽然高于 ＭＢＲ膜产水，但其 ＣＯＤ 指标仍然稳定控制在５０ｍｇ／Ｌ 以下，已能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级 Ａ 标准水质的要求。

 

 

 

原标题：膜生物反应器（ＭＢＲ）工艺处理烟草废水的试验研究

原作者：杨 明，飞光兴，徐天