MBR工艺处理腈纶废水研究进展

刘晨，张洪林，邱峰，李长波，马会强

（辽宁石油化工大学环境与生物工程学院，辽宁抚顺113001）

MBR工艺处理腈纶废水研究进展

刘晨，张洪林，邱峰，李长波，马会强

（辽宁石油化工大学环境与生物工程学院，辽宁抚顺113001）

通过对干法腈纶废水的产生及其特点以及它的处理研究现状的描述，对国内腈纶生产废水处理方法和现状进行了分析，认为目前国内已工业化应用的腈纶废水处理技术不能达到理想效果。膜生物反应器(membrane，简称MBR)是通过膜技术来强化生物反应器的废水处理新工艺。针对水资源短缺、水污染严重和用水量增加的状况，应用膜生物反应器(MBR)处理腈纶污水，以推动我国含氰废水处理技术的不断完善和发展。

腈纶废水；处理技术；膜生物反应器

前言

腈纶化工厂生产过程中排放多种有机化工废水，应用现有的工艺处理腈纶废水，处理效果不理想，并且对排放水域造成一定程度的污染。目前，辽宁抚顺石化公司腈纶厂、浙江金甬腈纶厂、河北秦皇岛市腈纶厂、广东茂名市腈纶厂和山东齐鲁石化公司腈纶厂。污水处理装置均为厌氧-好氧-生物活性炭处理工艺，处理效果很不理想[9]。

针对现有的状况，必须从根本上加以解决，否则将势必制约腈纶化工厂的生存和发展。近年来我国对于腈纶废水处理的报道不多，对该课题的研究还不够深入。本文旨在引起国内学者对MBR工艺处理腈纶废水的关注。

1 MBR工艺概况

膜生物反应器（Membrane Bioreactor MBR）[5]集生物反应器的生物降解和膜的高效分离于一体，是膜技术和污水生物处理技术有机结合产生的新型高效污水生物处理工艺。目前，膜正在被广泛用于城市用水的净化以及生活污水和工业废水的处理[7～8]。这些工艺的发展动力源于日益严格的环境标准对小型、高效的水处理工艺需求[6]。用于废水处理的膜生物反应器(MBR)是其中一项很有发展前景的工艺。

1.1 MBR工艺特点

（1）出水水质优良稳定；（2）容积负荷高，占地面积小，整个系统流程紧凑；（3）剩余污泥产量少；（4）易实现自动控制，运行管理方便。

1.2 MBR所用滤膜及膜组件

在MBR工艺中，超、微滤膜分离的对象是活性污泥混合液。活性污泥混合液主要包括活性污泥和被处理的污水，而活性污泥是由各种胶体、絮状物和微生物（绝大部分是各种细菌）组成。

滤膜大都为较小孔径的微滤膜或较大截留相对分子质量的超滤膜，孔径范围为0.1～0.5mm。疏水性的聚烯烃一般做成中空纤维式膜组件，而亲水性的聚砜、纤维素膜一般做成平板式膜组件。

1.3 MBR工艺的应用

自从1995年以来，我国膜生物反应器污水处理技术的研究工作开始全面展开，多家科研院所进行了此方面的研究，中院生态环境研究所用A／O膜生物反应器进行高浓度废水处理的试验研究，研究表明MBR在膜污染机理与控制、工业污水处理与回用方面的研究取得较满意的结果。2000年，顾平采用国产中空纤维膜对生活污水做了中试规模的MBR研究，结果表明：MBR工艺出水悬浮物为零，细菌总数优于饮用水标准，COD和氨氮的去除率都高于95%，出水可直接回用[13]。

1.4 膜污染的形成

进料中的某些悬浮固体，胶体粒子和各种溶质分子与膜材料或膜材料上已吸附组分间相互作用，而在膜表面或膜孔中吸附、沉积，使膜渗透通量与分离特性产生不可逆衰减，即膜经过反复清洗后通量仍无法恢复的现象[19]。

1.5 发展方向

为了使MBR早日得到广泛应用，可从以下几方面努力：①研制、开发化学性质稳定、耐酸碱腐蚀、机械强度好、单位面积透水量大、能长期在受压条件下运转、价格低廉的高性能膜材料；②深度探讨膜污染的成因，寻求减少膜污染，快速恢复通量的对策；③探索新的MBR形式，力求工艺灵活多样，降低动力能耗[20]。

2 腈纶废水研究方法的分析

许谦进行了SBR工艺处理腈纶废水的试验，用该法处理后产生难于生化氧化的氮氧物质，需进一步处理，因此SBR工艺适于作为预处理手段[4]。

粉末活性炭（PAC）法，又称为活性污泥-粉末活性炭（AS-PAC）法，是由美国杜邦公司开发的一种活性炭吸附生物氧化技术[2]。活性炭发达的孔隙结构和巨大的比表面积对水中溶解的有机物有良好的去除效果。PAC在给水处理中的使用已有80年左右的历史，粉末活性炭对水中色、臭和味及其他有机物的去除效果十分显著[15～17]。

对腈纶废水处理效果较好的工艺有AB工艺（B段采用两相厌氧—缺氧—好氧工艺）。AB工艺[11]是通过A段（曝气吸附池和沉淀池）对悬浮性和胶体有机物进行较彻底地去除，使COD在非生物降解的阶段就得到很大的去除，在B段中两相厌氧能很好地消除硫酸根离子的干扰，提高COD的去除效率，缺氧好氧阶段对氨氮的转化率可以达到100%，总氮的去除率达到60%～65%，经该工艺处理后的最终排水可达到腈纶工业的一级排放标准。

水解酸化反应—生物流化床—硝化反应工艺[12]首先是将厌氧反应控制在水解、酸化阶段，在大量水解细菌的作用下将不溶性的有机物水解为溶解性的有机物，将大分子物质、难降解物质转化为易于生物降解的小分子物质。然后到生物流化池中使载体粒子和污水在池内翻动，被生物包覆与待处理的底物充分接触，在供氧充分的情况下进行良好的生化处理，最后进入硝化过程，将氨氮转化为亚硝酸盐，然后再进一步氧化为硝酸盐，从而达到去除氨氮的效果。经过该工艺处理后的腈纶废水也能达到国家一级排放标准。

3 MBR工艺在腈纶废水处理中发展趋势

3.1 腈纶废水的特点

（1）污染物组成复杂，毒性高；（2）存在着有机磺酸盐，EDTA，壬基酚聚氧乙烯醚等难生物降解物质，还有一定的硫酸根、亚硫酸根等生物抑制性成分，造成废水的可生化性很低；（3）废水中还存在着油剂、各种相对分子质量的聚合物，这些物质以胶体、悬浮物的形式存在于水中，难以自然沉降[21]。

3.2 MBR工艺处理腈纶废水的优势

针对腈纶废水的水质特点，用膜生物反应器（MBR）处理腈纶废水具有很大的优势。MBR综合了膜分离技术和生物处理技术的优点，超、微滤膜组件能替代二沉池，更有效地进行泥水分离，污泥回送反应器内，提高了反应器内污泥的浓度，以提高腈纶废水中难生物降解物质的去除率，膜还将有机物质和高价盐截留，以提高它们在反应器中的停留时间，通过活性污泥的降解和吸附作用，提高微生物对污水中有机物的处理能力，这对于去除腈纶废水中的难以生物降解物质非常有利。因此应用膜生物反应器（MBR）处理腈纶废水，不论对于腈纶废水处理技术的研究还是腈纶化工厂的发展都很有研究的价值。

3.2.1 MBR工艺对腈纶废水中有机物的去除

在处理废水时，MBR去除有机物的效率要比传统的活性污泥法高得多，对COD的去处效率一般都在90℅以上。在MBR中，可以在比传统活性污泥法更短的停留时间内达到更好的去除效果，因此MBR在提高系统处理能力和提高出水水质方面表现出一定的优势[18]。

3.2.2 MBR工艺对腈纶废水中TN的去除

由于膜组件的截留作用，污泥被全部截留在反应器内，反应器内污泥浓度很高，使得SRT可以很长，这就为世代时间很长的硝化细菌的生长创造了条件，使其数量增加，因此，MBR对氨氮的去除效果很好。据调查，在MBR中，由于膜对硝化细菌的截留作用，世代时间较长的硝化细菌能够大量的生存富集，因此大多数膜生物反应器（MBR）对氨氮的去除率大于90%[18]。

3.2.3 MBR工艺对腈纶废水中细菌和病毒的去除

MBR工艺用于污水的处理，经过膜组件的截留，可以有效地去除水中的细菌和病毒，省去后续的消毒工艺，显示其独特的优势，有人将MBR工艺称为消毒工艺中的一项“绿色技术”。但是应该注意，MBR虽然对于细菌和病毒的有很好的去除作用，但是如果膜组件长期运行，可能会在出水管内滋生细菌，造成出水细菌的超标，因此应定期对膜组件和出水管内壁进行消毒处理[18]。

3.2.4 膜法处理腈纶废水的应用

目前，已有学者对膜法处理腈纶废水进行了初步探索，但还没有一套成熟的膜工艺。有学者[14]对腈纶废水中的热牵伸水和水洗机水进行了超滤试验，并考察了试验的可行性，发现膜处理效果非常好，处理后的水可以直接进行回用。此外，还有学者采用叠片式过滤器+超滤+反渗透的膜集成技术处理腈纶洗涤水，发现经过最终的反渗透处理后腈纶洗涤水的COD去除率在95%以上，处理效果好，运行较稳定，污染小，故该方法在腈纶废水处理方面有良好的前景。但是，上述膜处理的都是腈纶废水的某工段出水，对整个腈纶厂其它工段出水的处理效果还有待于进一步考察。

基于以上，应用膜生物反应器（MBR）处理腈纶废水，对研究腈纶废水处理技术，有很大的指导意义，并且对MBR工艺的发展有重要的促进作用。

3.3 影响MBR处理腈纶废水的控制参数[18]

3.3.1 混合液悬浮污泥浓度（MLSS）

它不仅影响有机物质的去除能力，还对膜通量产生影响。

3.3.2 污泥停留时间和水利停留时间

MBR的另一个特点就是可以实现分别控制污泥停留时间（SRT）和水利停留时间（HRT），使MBR工艺控制更加灵活。

3.3.3 溶解氧

MBR法多数采用好氧微生物降解废水中的难以降解的物质，所以必须保持充足的溶解氧以维持污泥的活性。

3.3.4 抗COD负荷冲击性

MBR出水水质稳定，耐COD负荷冲击能力强，已得到许多研究者的证实。

3.3.5 温度

温度是决定膜生物反应器净化效果的重要参数之一，因为温度的高低直接影响膜生物反应器内微生物的活性。

3.3.6 填料

在反应器中添加填料，通过填料上生长的生物膜，来提高反应器内总的生物量，并降低悬浮污泥浓度，可以延缓膜组件的污染。同时，增强了系统的抗冲击负荷能力，提高系统处理效果。

4 结论

腈纶废水中含有较多的污染物质，其中一些为难以生物降解并难以自然沉降的高分子聚合物，因此较难处理，对环境的污染危害很大。据了解。目前国内腈纶企业现有的废水处理装置处理的效果一般都不太理想。

针对现状，选择采用MBR工艺处理腈纶废水。MBR工艺将分离工程中的膜技术应用于废水处理系统，大幅度提高了生物反应器中的混合液的浓度，使泥龄增长，有利于降解腈纶废水中难以生物降解的物质。并且膜生物反应器工艺具有处理效率高，占地面积小，剩余污泥量少，出水水质好易实现自控等许多常规工艺无法比拟的优势，因此，应用MBR工艺处理腈纶废水具有非常广阔的应用前景。

［1］杨晓奕.混凝一两相厌氧一缺氧一好氧工艺处理腈纶废水的研究［J］.给水排水，2001，27（6）：40～44.

［2］李鸿旺.美国工业废水处理新技术［J］.给水排水，2000，24（8）：32～33.

［3］韩洪军.污水处理构筑物设计与计算［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.

［4］许谦.间歇式活性污泥法处理腈纶废水的研究［J］.抚顺加工技术，1998，（3）：7～15.

［5］兰州铁道学院.污水处理的基本方法及应用［M］.中国铁道出版社，2003.

［6］MOGENS HENZE.Trends in advanced wastewater treatment［J］.Wat Sci Tech，1997，35（10）：1～4.

［7］YASOMOTO MGARA ． Advanced membrane technology for application to water treatment［J］.Wat Sci Tech，1998，37（10）：91-99.

［8］KA YAMAMOTO.Membrane potentia1［J］.Wat Sci Tech，1997，.

［9］王琴.腈纶废水处理的问题与对策［N］.中国纺织报，2003，9～25.

［10］毛刚.膜法水处理技术［M］.北京：冶金工业出版社，2000：35～43.

［11］杨晓奕，师绍琪，蒋展鹏.混凝—两相厌氧一缺氧—好氧工艺处理腈纶废水的研究［J］.给水排水，2001，27（6）：40～45.

［12］汪宏渭，孙在柏，孙国华.干法腈纶废水处理工艺的研究［J］.中国环保产业，2004，（3）：30～32.

［13］朱杰，付永强，魏剑斌，等.MBR技术在废水处理中的研究现状及展望［J］.污染防治技术，2003，4（16）：96～97.

［14］郝旺春，刘恩华，李然，等.膜法处理腈纶厂废水［J］.水处理技术，2004，30（5）：297～299.

［15］井出哲夫.水处理工程理论与应用［M］.张自杰，译北京：中国建筑工业出版社，2002.

［16］北川睦夫.活性炭处理水的技术与管理［M］.丁瑞芝，译北京：新时代出版社，2001.

［17］炭素材料学会.活性炭基础与应用［M］.高尚愚，译.山东：中国林业出版社，2004.

［18］吕炳南，陈志强.污水生物处理新技术［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005：115～116.

［19］WOUTER GHYOOT.Nitrogen Removal from Sludge Reject Water with a Membrane Assisted Bioreactor［J］.Wat Res，1999，33（1）：23～32.

［20］蔡邦肖.膜技术在污水治理及回用中的应用［M］.北京：化学工业出版社，2004：99～100.

［21］蔡晓东，郑帼.腈纶废水处理的问题和研究现状［J］.工业水处理，2006，26（3）：12～15.

［22］李秀芬，傅学起，胡国臣.膜生物反应器在废水处理中的优势［J］.工业水处理，2001，21（8）：7～10.

［23］顾国维，何以亮.膜生物反应器在污水处理中的研究和应用［M］.北京：化学工业出版社，2002：32～35.

［24］刘颖，高艳玲，吕立宏.MBR技术在污水处理中的应用［J］.沈阳大学学报，2006，18（2）：71～72.

［25］赵方波，于水利.淹没式膜生物反应器中膜污染机理的研究［J］.环境科学学报，2005，25（3）：385～391.

［26］苏宏，靖大为.膜集成技术处理腈纶废水工艺研究［J］.天津城市建设学院学报，2006，12（3）：215～218.

［27］CIUDAD G.Differential kinetics of ammonia.And nitrite-oxidizing bacteria：A simple kinetic study based on oxygen affinity and proton release during nitrification［J］.Process Biochem.，2006，41（8）：1764～1772

［28］STEPHENSON T，JUDD S，JEFERSON B，et a1.Memb rane bioreactors for wastewater treatment［C］.London：IWA Publishing，2000：159～l60.

［29］TAN G，KIRAN K，ZHAO W，et al.Membrane bioreactors for water reclamation［J］.Water Science and Technology，2005，51（6～7）：431～440.

The Development Progress in Study on Acrylic Fiber Wastewater Treatment with Membrane Bioreactor

LIU Chen，ZHANG Hong-lin，QIU Feng，LI Chang-bo and MA Hui-qiang
(College of Environmental and Biological Engineering，Liaoning Shihua University，Fushun 113001，China)

According to the description of the production and characteristic of acrylic fiber wastewater and the present research on treatment，the domestic treatment method and present situation of acrylic fiber wastewater are analyzed.It is concluded that at present in China all the industrialized technologies for treating acrylic fiber wastewater have not achieved ideal effects.Membrane bioreactor（MBR）is a novel technique which uses membrane technology to reinforce the bioreactor in wastewater treatment.In order to alleviate the situation of water shortage，much more serious polluted water and increased water consumption，the membrane bioreactor（MBR）is applied to treat acrylic fiber wastewater so as to unceasingly perfect and develop technologies for treating cyanogen containing wastewater in China.

Acrylic fiber wastewater；treatment technology；MBR

book=32,ebook=32

X743.12

A

1001-0017（2010）04-0048-04

2010-01-28

刘晨（1984-），女，山东蓬莱人，硕士研究生，研究方向为污染物处理及资源化。