工业废水是指生产过程中产生的带有很多废物,有害化学物质。污染危害十分大,如有机污染、无机污染热污染、色度污染等等。作为工业废水处理的设计必须建立在充分了解生产工艺过程的基础之上。
工业废水除水质复杂水质变化大之外,排水的边界条件由于生产工艺的不同也对处理设计产生重要影响。首先生产制度各工业企业均不同,有一班生产、二班生产、三班生产。为保证处理工艺的连续性、需考虑污水的储存容积。如生产麦芽的排水,每日6000m3污水,但每天只排6次,即每次排水1小时达到1000m3,其它时间无排水。其次,排水点的高程问题。现代企业出现了高层工业厂房,有时高达100m或更高,排水时挟裹大量污染物和气体从上而下,能量巨大。污水处理前就要考虑消能问题,否则后续处理将无法正常运行。
有相当工业企业排水尚有事故排水,这在设计时应充分考虑事故排水带来的冲击负荷和其它影响。如草浆厂、乳制品厂等,要有相应的应对措施。
由于工业废水处理排水的复杂性,就要求处理工艺的设计者所选用的工艺和设备必须有针对性,要对症下药,对号入座,不能从简单的几个标准如COD、BOD、SS、PH就套用别人的工艺和设备。工业废水除上述指标外,突出影响处理的因素还很多,如高、低温度,高S0=4,高NH3-N,高、低PH,高含盐量,高有毒物质(有机磷),表面活性剂(发泡物质)、染料等等。目前在水处理设备的宣传上,一些用于生活污水或中水处理工艺上的组合设备,自称可以处理石化、轻工、矿山等工业废水,可能对某些设计人员产生误导,应严格界定这些设备的应用参数,避免产生不良后果。在造纸、制革等行业中已出现这样事例。
MBR膜生物反应器是一种高效膜分离技术与活性污泥法相结合的污水处理工艺。MBR具有较高的生物降解效率和较低的污泥产率,占地面积小,硝化能力强,出水水质稳定等特点。另外,在膜生物反应器中,原污水中的各种可溶解和难分解的有机物质,以及微生物产生的代谢产物,可以分别保留在生物反应器内,从而提高了出水水质。MBR系统是一种新型的高效生物处理技术,特别是它在废水资源化及中水回用方面存在巨大的潜力,受到了国内外的普遍关注。但是由于存在膜污染和膜组件替换带来的影响等方面的问题,使其运行成本和费用大幅度提高,从而阻碍了该技术的广泛推广和应用。
2膜污染的影响因素
MBR运行一段时间以后,随着膜内表面微生物的滋生和膜外表面污染层的附着,膜组件会被污染物堵塞,膜通量逐渐下降,直至不再出水。膜污染问题缩短了膜的使用寿命,导致了泵的抽吸水头增大和曝气量的增加,是造成MBR能耗较高的主要原因。因此研究MBR运行过程中膜污染的发生机理,对MBR系统加以改进,以达到有效降低和控制膜污染的目的,此举对维护MBR工艺运行性能、确定工艺费用、指导工艺的放大设计具有重要的现实意义。
2.1膜污染的成因
当前,对于膜生物反应器的研究主要集中在膜污染上,相关研究表明,膜污染物质的积累过程分为两步:(1)初期污染:由于浓差极化造成初始膜通量下降,混合液中溶解性物质造成膜保留侧溶质的积累,产生较小渗透能力的膜面表层。(2)长期污染:由于溶质吸附和粒子沉积造成膜表面溶质浓度较高,导致凝胶层在膜表面形成,胶体粒子迁移至膜表面,从而形成沉积,减小了水力渗透性和膜通量。
目前,对于膜污染的形成机理,众说纷纭。但是对于影响膜污染的因素,归纳起来主要有以下几个方面:微生物特性、运行条件、膜的结构性质等。本文主要从微生物性质对膜污染的影响方面进行探讨。
2.2微生物性质对膜污染的影响
2.2.1污泥浓度对膜污染的影响
膜生物反应器运行过程中,膜污染物质来源于污泥混合液,其成分主要包括微生物菌群及其代谢产物,废水中的有机大分子、小分子,溶解性物质和固体颗粒。上述物质对膜通量产生很大影响。由于膜的截留作用,反应器内污泥具有较高的污泥浓度和污泥停留时间。随着污泥浓度的增加,活性污泥更容易在膜表面沉积,从而加快了膜污染速度,导致膜过滤阻力增加,进而降低了膜通量;同时,污泥浓度升高,污泥粘度也随之升高,膜通量也会减小;再者,反应器内污泥浓度过高,还会造成污水粘度增大,影响氧气的传质效率。因此要对反应器内污泥浓度进行严格控制,污泥浓度过高或者过低都会对出水水质产生不利影响。
引起膜污染的主要因素是污泥,污泥浓度过多或者过少都会使膜产生污染。在膜生物反应器运行中,存在一系列最佳值,如经济曝气强度、经济曝气量、临界污泥浓度等。在这一系列最佳值的状态下运行,膜生物反应器能达到最佳的处理效果,并且能降低膜污染的程度,延长膜的清洗周期和膜的更换时间,从而降低了膜生物反应器的能耗,降低了成本。但应该指出的是,在实际运行过程中,很难使以上各种运行参数都处于最佳状态。
从微生物角度对膜污染进行研究将逐渐成为研究的热点,胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)对膜污染有重要影响,可以通过调节固体停留时间 (SRT)、水力停留时间(HRT)、负荷来控制微生物特性,进而缓解膜污染。丝状菌过多或者过少都会对膜产生污染,引起泥饼层的形成和膜孔的堵塞;同时丝状菌过多,引起污泥膨胀,会使胞外聚合物大量繁殖,也会对膜污染造成影响。
在今后的研究中应该更加注重对于膜污染控制的研究,在理解污染机理的基础上对膜污染进行防治,最大程度上降低膜生物反应器的成本。
目前,虽然存在着资金不足,污水处理工艺和设备水平较低的种种困难,但总体上工业废水处理和利用已取得较大发展,形成了一定工业规模。广大的工业企业建立了环保意识和环境保护体系。我们期望更多的有实力、有抱负的环保企业家建立自己的环保科研队伍,研究和开发工业废水处理与利用的新工艺、新设备,在工业水处理事业上再创辉煌。