摘要：我国是世界造纸产品的主要生产国和消费国，利用进口废纸造纸，在创造了经济效益的同时，也为区域环境带来了巨大压力。本文结合膜生物反应器的运行特性，通过工程试验，探讨了膜生物反应器在废纸造纸废水回用及提标的应用可行性。
关键词：造纸废水、回用及提标、膜生物反应器、应用可行性
1前言
造纸行业是传统产业，在我国近年对外贸易战略的推动下，造纸发展势头越发迅猛。根据《财富》杂志数据：2017 年我国 500 强企业中有 6 家为造纸企业，其中玖龙纸业在 2017 年净利润大升 290%，由此可见，造纸产业为我家带来了巨大的经济效益。与此同时，由于造纸废水具有排放量大、含有大量的有机污染物和溶解性或胶体性 DCS 等特点，容易造成水体污染，在国家不断提升水环境质量，以及区域性环境容量趋于饱和的当下，推动造纸企业的增产而减污，实现经济效益和环境效益的双赢，对造纸产业生态持续性的良性发展具有重要意义。
2膜生物反应器技术
膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor，简称“MBR”）技术，是以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，利用膜分离设备截留水中的活性污泥与大分子有机物，同时提高传统生物反应器中的活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量，是膜分离技术与生物处理技术的有机结合。
MBR 工艺在国内外已经成功地应用于城市污水与工业污水的处理，具有以下优点和特点：1、占地面积小；2、可利用原有设施实行不停产改造；2、抗冲击能力强，剩余污泥量少；3、操作管理方便，易于实现自动控制、维护成本低；4、出水标准高、水质稳定。
3试验项目情况
3.1项目基本情况
本次研究选取了广东省东莞市某知名造纸企业废水为对象，该企业以废纸为主要原材料，主要产品有挂面箱板纸、仿牛皮卡纸、牛皮箱板纸、瓦楞原纸、全灰卡纸、白灰卡纸、A 级与 B 级牛卡底白板纸等。该企业生产废水处理设施规模为 8000 立方米/日，主要处理工艺（省略了沉淀工序）如下：
据业主反馈，设施二沉池出水 COD、BOD 偏高，且出水水质不稳定。经抽样小试，笔者发现系统COD 仍存在降解空间，MBR 工艺理论上符合水质提升改造要求。
3.2中试情况介绍
由于现场场地条件所限，中试设备无法于 IC 厌氧后的生化池进水端进行取水，而于生化系统出水端（进入二沉池前）取水。MBR 系统活性污泥取自生化池。
中试过程如下：
第一阶段。中试设备运行参数为：通量 12L/h/m2，产水量 0.96m3/d，日运行 8 小时，连续运行 8天。此期间中试装置运行平稳，跨膜压差值稳定在 3KPa 和 4KPa 之间。
第二阶段。中试设备停运两天后恢复通水（开启时设备跨膜压差为 9kPa），并开始日夜班连续运转。至第二天上午，累计运行 24 小时后，跨膜压差已飙升至 95 kPa。对此，以配比浓度为 1000ppm的次氯酸钠溶液（浸泡 150 分钟）及 0.4%盐酸（浸泡 240 分钟）进行恢复性清洗。恢复性清洗后
恢复通水（设备的跨膜压差已降为 2KPa），设备运行通量设定为 9 L/h/m2，产水量 0.72 m3/d。连续运行 18 小时后，跨膜压差仍保持在 2KPa 左右。随后将通量提升至 11 L/h/m2。中试设备运行
53 小时后，跨膜压差升至 15kPa。经现场小试发现，中试装置产水与次氯酸钠能够反应形成白色沉淀。对此，中试设备以盐酸调配药剂进行恢复性清洗，但跨膜压差降幅不明显（自 15kPa 降至13kPa）。
第三阶段。盐酸药剂清洗后，中试设备连续运行一晚，第二天跨膜压差再次飙升至 95kPa。对此，再次停止中试设备，并以 0.8~1%盐酸溶液对膜组件进行恢复性浸泡清洗（浸泡 5 小时），但后续膜系统运行依然不稳定，运行不到 20 小时跨膜压差即可从 2kPa 上升到 95kPa。至此，中试结束。
3.3结果分析
中试期间数据记录如下：
3.3.1.COD 降解情况。经检测，COD 降解率最高值约为 57%，最低值约为 21%，平均去除率为 50%。由此可见，MBR 系统对该造纸废水的COD 降解率非常可观。考虑到中试 MBR 系统采用生化池出水为进水来源，如按照 MBR 工艺的设置要求，将其与生化池合并成为一个整体生化系统，将进一步提升 COD 的去除效果。
3.3.2.悬浮物去除情况。中试设备膜生物反应器（MBR）的过滤精度达到 0.1 微米，可以有效去除微生物，胶体，硅藻以及其他引起浑浊的物质。经检测，中试系统出水浊度区间为 0.44 至1.43，相较于原有处理系统，MBR 系统从根本上解决了污水处理设施出水 SS 不达标的问题。
3.3.3.氨氮与总磷的降解。经检测，氨氮平均去除率为 42%，总磷平均去除率为 74%。由此可见，MBR 系统对该造纸废水的氨氮以及总磷的降解率也非常可观。
3.3.4.跨膜压差提升成因。系统运行过程中出现了跨膜压差飙升的情况，引起该问题的原因主要在于造纸废水中的钙离子于膜生物反应器上发生
了结垢，从而引起了膜孔堵塞，而膜孔堵塞程度也分为两个阶段：第一阶段是 SMP、EPS 以及胶体等小粒径物质在膜表面附着，导致跨膜压差的缓慢上升；第二阶段是随着膜表面附着物的增多，使膜丝表面越发粗糙，随后钙离子形成大面积结垢，导致膜堵塞情况的迅速恶化。
4可行性分析
4.1工艺可行性分析
中试结果表明，膜生物反应器对造纸废水的 COD、BOD、氨氮、总磷、SS 等污染因子的去除效果显著，甚至对于造纸废水的钙离子也具有一定的去除效果，但由于钙结垢的沉积，将会影响到膜系统的长期稳定运行。对此，可通过如下方法应对：1、于 MBR 系统前加置水硬度去除处理设施，通过加药沉淀的方法降低水硬度；2、钙离子主要是在碱性情况下发生沉积结垢，故 MBR 系统可调制 PH6.5 的微酸性条件下运行；3、增加膜系统的清洗频次，保证膜设备的良好运行状况。
4.2经济可行性分析
经 MBR+RO 改造后，可为该造纸企业提供 7800 吨/天的回用水。经核算，改造后吨水处理费用（包含钙离子去除系统以及 MBR+RO 系统药费、电费等所有开销，工人依托原有配备，无需增加。因涉及企业生产信息，故改造后吨水处理费用在此省略），对比原有设施的处理费用虽有上涨，但改造项目解决了企业原有的钙离子结垢问题、减少了新鲜水使用量、减少了原有 fenton 系统压力以及药剂使用量、增加了废水处理系统出水水质以及稳定性，因此总的来说是同时具备了环境效益以及经济效益。尤其在于水环境容量饱和地区，MBR 工艺的应用使造纸企业的中水回用效率得到了进一步提升，在无法扩大排污量的情况下，对造纸企业的长远发展具有非常积极的意义。
参考文献
[1]张海丰、王斌。钙离子对 MBR 污泥混合液及膜污染层影响研究进展，硅酸盐通报，2016（4），Vol.35 No.4
[2]张琦、刘波、张学金、胡浩威、贺琦程。膜分离技术在特种纸废水处理中的应用，水处理技术，2017（4），Vol.43 No.4。
[3]朱召军、张红川、张瑜倩。某造纸厂废水处理改造工程实例，山东化工，2018（47）。
[4]李志萍、刘千钧、林亲轶、孙斌。造纸废水深度处理技术的应用研究进展，中国造纸学报，2010，Vol.25，No，1。
[5]张敏。废纸造纸废水污染控制 MBR 技术研究，浙江大学，2014。
论文作者:张学文
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第11期
论文发表时间:2018/9/17
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