直鏈二元酸結(jié)構(gòu)式為 HOOC（CH2）nCOOH（n為大于 7 的整數(shù)），是工程塑料尼龍的主要原料，還可用于合成香料的麝香酮，彩色顯象管與偏轉(zhuǎn)線圈粘合用膠，制成電解電容器、制備高級香料中間體、高檔潤滑油、高檔防銹劑、高級粉末涂料、熱熔膠、合成纖維以及其它聚合物等。據(jù)有關(guān)專家估計(jì)，到2010 年，我國對長鏈二元酸的需求量將達(dá)到 4～5萬噸。無論在直鏈二元酸傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝及新的生物發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)都將產(chǎn)生大量酸性廢水，成分復(fù)雜，存在大量難降解及有毒有害物質(zhì)，不僅造成其處理工藝復(fù)雜及穩(wěn)定運(yùn)行的困難，且對于擴(kuò)產(chǎn)改造廢水處理設(shè)施帶來很大問題。為此，作者到山東某二元酸生產(chǎn)企業(yè)，進(jìn)行了 MBR 工藝中試實(shí)驗(yàn)。
1 原廢水處理工藝
1.1 廢水水質(zhì)及工藝流程
企業(yè)采用生物發(fā)酵法生產(chǎn)技術(shù)，以正構(gòu)烷烴為原料，由特殊細(xì)菌進(jìn)行發(fā)酵氧化，通過離子交換及活性炭脫色等工藝，從發(fā)酵產(chǎn)物中分離出直鏈二元酸。
目前污水處理系統(tǒng)處理水量為 1730m3/d，廢水根據(jù)其產(chǎn)生情況分為工藝廢水、生活污水和其他生產(chǎn)廢水。各項(xiàng)具體水質(zhì)見表 1。
 
工藝廢水中主要含有直鏈烷烴石蠟油生物發(fā)酵后的產(chǎn)物碳十二、碳十三直鏈二元酸及其烷烴衍生物，不易被生物降解；廢水中二元酸在酸性條件下能析出，在堿性條件下溶解為離子狀態(tài)；工藝廢水進(jìn)入第一調(diào)節(jié)池，其他生產(chǎn)廢水進(jìn)入第二調(diào)節(jié)池。處理工藝流程見圖 1。

1.2 運(yùn)行情況及問題
表 2 為 2005 年 2 月份系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，從中可以看出：CASS 池最終出水 COD 很不穩(wěn)定，大多數(shù)情況下無法達(dá)標(biāo)。主要存在以下幾方面問題:
（1） UASB 問題: 工藝廢水硫酸鹽濃度較高，UASB運(yùn)行效率低下,去除 COD 主要依靠 CASS。
（2） CASS 問題：工藝廢水中 COD 的組成主要以二元酸為主，占 80%以上，長鏈二元酸是不易生物降解的有機(jī)物，其 BOD/COD<0.2，COD 濃度高且不穩(wěn)定，導(dǎo)致生化反應(yīng)困難且不穩(wěn)定。此外，運(yùn)行中
CASS 池容易污泥膨脹，導(dǎo)致泥水分離困難，出水中夾雜大量的污泥絮體，此時(shí) COD 會在 600mg/L 以上，最終出水 NH +-N 和 TP 濃度也嚴(yán)重超標(biāo)。
（3）其他問題：為滿足市場需求，企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)將增加 1000m3/d 生產(chǎn)廢水及生活污水，總處理規(guī)模達(dá)到
2500m3/d 左右，CASS 池水力停留時(shí)間已經(jīng)由 8d 縮短為 5d，幾乎滿負(fù)荷運(yùn)行，現(xiàn)有的污水處理設(shè)施不能滿足增加廢水處理需求，需要進(jìn)行改造或擴(kuò)建新的污水處理系統(tǒng)，但采用常規(guī)的方法重?cái)U(kuò)建污水處理設(shè)施需占用較大面積。此外，南水北調(diào)迫使北方用水水價(jià)上漲，且要求企業(yè)廢水排放執(zhí)行更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。
MBR 工藝是將現(xiàn)代膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來的一種新型高效污水處理及回用工藝。具有占地面積小、容積負(fù)荷高、泥量少、易實(shí)現(xiàn)自控等特點(diǎn)[1-2]。MBR 在較小池容內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的處理負(fù)荷,出水水質(zhì)更好，甚至可能到達(dá)中水回用標(biāo)準(zhǔn)。
2 MBR 工藝中試
2.1 試驗(yàn)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)分兩階段進(jìn)行。第一階段主要考察 CASS出水的實(shí)際可再生化性，同時(shí)達(dá)到強(qiáng)化馴化污泥的目的，為期兩周左右；第二階段取 UASB 出水為進(jìn)水源，在保證出水 COD 去除率情況下，逐漸縮短水力停留時(shí)間，整個實(shí)驗(yàn)過程在無排泥條件下運(yùn)行。
2.2 材料和方法
2.2.1    試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)采用一體式 MBR，膜組件采用中空纖維膜，接于微孔曝氣框架上，膜面積 1m2，膜孔徑
0.2μm,材質(zhì) PVDF(聚偏氟氯乙烯)，反應(yīng)器有效容積
100L，試驗(yàn)流程如圖 2 所示。
2.2.2    分析方法
 
COD  采 用 重 鉻 酸 鉀 國 標(biāo) 法 ；BOD  采 用 BOD-220A 微生物法 BOD 快速測定儀測定；pH 值采用 LP115-BLE 酸度計(jì)測定；氨氮采用納氏試劑比色法；MLSS 及 MLVSS 采用重量法測定；DO 使用 JENCO-9190 溶氧儀測定。
3 結(jié)果與討論
3.1 生化性驗(yàn)證及強(qiáng)化馴化
從 4 月 18 日～4 月 30 日，取 CASS 排放水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，污泥取自 CASS 池，，強(qiáng)化訓(xùn)化結(jié)果見表 3。由表 3 可知，平均進(jìn)水 COD 為 438mg/L，MBR 出水
COD 穩(wěn)定在 69mg/L，反應(yīng)器內(nèi) COD 在初始 4、5d 表現(xiàn)出一定積累，但逐漸呈下降趨勢，這表明 CASS 出
 
 
水仍具有一定生化性，其中難降解的大分子物質(zhì)在
MBR 被截留，相對延長其水力停留時(shí)間，加上微生物的有效截留，使得這部分污染物在反應(yīng)器中強(qiáng)化去除；硝化細(xì)菌在 CASS 容易隨排放水流走，而硝化菌的生長速率較異氧菌低近一個數(shù)量級[3]，使得 CASS排放水氨氮忽高忽低，而 MBR 將硝化細(xì)菌截留于反應(yīng)器內(nèi)，增加了硝化菌數(shù)量，使得氨氮也進(jìn)一步降低到 2mg/L 以下。
3.2 MBR 取代 CASS
第二階段從 5 月 1 日到 6 月 22 日，取厭氧反應(yīng)器 UASB 出水，在 4 月 30 日完成反應(yīng)器內(nèi)原有廢水替換，然后逐漸縮短 HRT，考察 8 種工況下 MBR工藝對 COD、氨氮、TP 的去除情況。各工況條件及運(yùn)行情況見表 4。
 
3.2.1 COD 的去除
由表 4 和圖 3 可見，隨著污泥濃度的增加，前 7種工段下，HRT 從 5d 縮短到 2d，污泥負(fù)荷在 0.2～
0.4kgCOD/kgMLSS·d， 出 水 COD 穩(wěn) 定 在 均 值79mg/L 左右，平均去除率為 97%, 明顯低于 CASS
出水 COD，但在第 8 段，HRT 為 1d，污泥濃度達(dá)10g/L 時(shí)，曝氣困難，溶氧偏低，污泥負(fù)荷達(dá)到 0.5～
0.7kgCOD/kgMLSS·d,出水 COD 在 200mg/L 左右，已經(jīng)不能降到一滿意水平。整個過程表明，隨著污泥濃度的增加，縮短 HRT 等于使 F/M 維持在某一水平（0.3 左右），出水水質(zhì)良好，但 HRT 過短則導(dǎo)致污
泥負(fù)荷過高，出水狀況惡化。
3.2.2     氨氮的去除
由表 4 和圖 4 可以看出，前 3 工況出水氨氮均值為 1.6mg/L，低于 CASS 出水 4mg/L，從第 4 工況開始 MBR 出水氨氮逐漸呈現(xiàn)上升趨勢，甚至高于
CASS 出水，這與硝化菌的增加，氨氮的去除效果本應(yīng)更好相矛盾。分析發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檎麄�實(shí)驗(yàn)在不排泥條件下進(jìn)行，污泥齡過長導(dǎo)致硝化菌活性逐漸降低，宏觀表現(xiàn)出氨氮去除效率的降低，與文獻(xiàn)[4]研究結(jié)果相符。
3.2.3 TP 的去除
由表 4 和圖 5 可以看出，在前兩工段，MBR 出水 TP 平均值 11mg/L 較 CASS 出水 24mg/L 低，表明MBR 實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化去除 TP 的目的。從第 3 工段開始出水 TP 呈現(xiàn)上升趨勢，后期甚至高于 CASS 出水TP。觀察反應(yīng)器時(shí)，看到低部淤積大量黑色污泥，這也就是出水TP 過高的原因所在。
聚磷菌除磷依靠厭氧釋放磷和好氧吸收磷之差實(shí)現(xiàn)，污泥濃度的增加也同時(shí)增加了厭氧區(qū)域，而吸收的磷因沒有進(jìn)行排泥，始終存在于污泥中，增加了聚磷菌釋放磷的幾率。因此,在實(shí)際運(yùn)行中，適當(dāng)?shù)呐拍鄬τ贛BR 的穩(wěn)定除磷也是必要的。
此外，可以看出，盡管 MBR 強(qiáng)化去除了幾乎較CASS 多一倍的 TP，但是仍然高達(dá) 11mg/L。生物法除磷能力是有限的，工藝廢水含磷過高，除磷最有效方法是化學(xué)法[5]。MBR 工藝與化學(xué)等手段結(jié)合使用，將可能獲得更優(yōu)效果。例如向反應(yīng)器中投加一定量的鋁鹽或鐵鹽，這需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)了解其投加量等參數(shù)是否會對 MBR 的運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。







4 結(jié) 論
MBR 中試結(jié)果表明：污泥濃度控制在 7000～9700mg/L、溶解氧 2～3mg/L 時(shí)，HRT 可縮短到 2d，與 CASS 水力停留時(shí)間相比縮短了 3d， 但出水COD 仍維持在一較低水平，平均值為 79mg/L，平均去除率為 97%。MBR 工藝中硝化菌的富集強(qiáng)化了氨氮的去除，但因?qū)嶒?yàn)在不排泥條件下進(jìn)行，使得硝化菌活性降低，導(dǎo)致出水氨氮偏高，在保證硝化菌活性階段，平均值為 1.6mg/L；MBR 工藝較 CASS 工藝具有更優(yōu)的除磷性能，但除磷性能是有限的，說明在 MBR 工藝應(yīng)用中除適當(dāng)排泥外，還應(yīng)考慮用化學(xué)方法以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的脫磷效果。
MBR 工藝對 CASS 進(jìn)行改造是可行的，在不增加現(xiàn)有池容情況下，使處理水量增加為原有的 2.5倍，不僅解決了增加廢水的處理問題，更增加了其抗沖擊負(fù)荷能力，出水水質(zhì)穩(wěn)定良好，優(yōu)于國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)。因出水中幾乎無 SS，如果后期出水進(jìn)一步經(jīng)過反滲透，就很容易實(shí)現(xiàn)廢水的回用。