一體式MBR在卷煙廠的應用與發展
摘要：膜生物反應器（MBR）是通過污水生物處理技術與膜分離技術結合而成的污水處理工藝。本文綜述MBR對卷煙廠污水處理的可行性分析及其應用前景。
關鍵詞：MBR,白膠水,膠體
1 卷煙污水水質分析
1.1 廢水產生的過程
煙草廢水主要來源于生產過程中的生產廢水和來自廠區的生活廢水，以及鍋爐房排水。前者是煙草廢水處理中的主要對象，也是較難處理的部分，以下為工業廢水的產生環節圖示：
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1.2 水量水質分析
鍋爐房排水主要有鍋爐排污、除渣機排水、除塵器排水，及軟水間排水。其特點是間斷排水量較大，排水中含鹽量、含酸量較大，SS 濃度高等。
生產廢水中主要為生產工藝前半部分加濕及洗梗用水，特點是水量小、濃度較高，含有煙葉中的生物堿和酚類等，同時，污水溫度較高，大約在60~70℃之間；生產后期香料車間沖洗加料設備產生的污水，其中包括加入香煙中的香料和香精成分，微量機油等，此類廢水濃度較高、色度較高，含有多種難降減的生物堿、酚類、醇類等有機物。生產中的白膠廢水，其主要成份為醋酸乙烯、聚乙烯醇、正辛醇、鄰苯二甲酸二丁酯等，廢水成白混濁色，COD 的濃度在2 000mg/L 左右。
煙草廢水中最難處理的是生產廢水，其中含有大量的細小懸浮物和木質素；同時，由于其在生產過程中將煙草中大量焦油、煙堿、尼古丁等有毒、有害物質分離出來，抑制水中微生物生化作用。因此，此部分污水具有水量小、濃度高、成份復雜、污水水質變化大、色度高、不定期排放等特點。
2 MBR 與傳統處理工藝的比較
中水處理工藝應根據中水原水的水量、水質和要求的中水水量、水質以及工程的具體情況，技術經濟比較后確定。
2.1 傳統污水處理工藝
以活性污泥法為代表的傳統好氧生物處理工藝長期以來在生活污水以及工業污水處理中得到了廣泛應用。其流程如下：但活性污泥在處理廢水中存在如下局限性：
1）傳養效率低，能耗較高；
2）系統在運行過程中產生大量剩余污泥，污泥處理量大、費用高；
3）水中膠體及微生物顆粒難以去除，出水水質較差；
4）易出現由于曝氣池操作條件引起的污泥膨脹、污泥上浮等問題，影響整個工藝的正常運行。
5）對難降解的有機物缺乏處理能力，對氮、磷等無機營養物質的處理能力不高。
2.2 MBR 處理工藝
膜生物反應器利用膜分離組件實現廢水生物處理后污泥與水的分離，主要由膜組件及生物反應器兩部分組成。
膜組件根據其過濾精度分為超濾（UF） 和微濾（MF）；按膜過濾的壓力驅動方式分加壓型和抽吸型。生物反應器可分為好氧和厭氧兩大類，按組合方式分為外置式（分置式、分體式）和內置式（一體式、浸沒式、浸入式）。外置式是指膜組件與生物反應器分開設置，壓力驅動是靠加壓泵來實現；一體式是指膜組件安置在生物反應器內部，壓力驅動靠真空泵抽吸。
分置式與一體式各有優缺點。分置式有利于清洗、更換及增設等優點，但泵的高速旋轉產生剪切力使某些微生物菌體會產生失活現象。一體式具有清洗、拆裝不方便等缺點。以下為 MBR 缺氧—好氧處理流程：
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經實踐證明，一體式MBR 具有污泥濃度高、固體停留時間長、有機物去除率高、硝化效果好等特點。
2.3 MBR 與傳統工藝對比
一體式MBR 作為一種新型高效的廢水生物處理技術（90 年代開始應用），與傳統生化處理技術相比，MBR 具有以下方面特征：
1）出水水質好，可直接回用
用膜組件取代二次沉淀池，可使MBR 獲得比普通污泥法更高的生物濃度，生化速率加快，提高了生物的降解能力。 MBR 中SRT 的延長，使的污泥中增殖緩慢的特殊菌群（如硝化菌等）獲得穩定的生長環境，有利于提高硝化效率。同時，顆粒物、膠體以及大分子物質在內的污染物均被截留在系統之內，提高了被微生物持續降解的機會。因此，經MBR 處理后污水，懸浮物和濁度接近于零，細菌、病毒、有機物及含氮化合物被大幅去除，出水優良穩定，可直接回用。
2）容積負荷高，占地面積小，整個系統流程緊湊
膜的機械截留，避免了微生物的流失，使MBR 保持高的污泥濃度，從而提供容積負荷，降低污泥負荷，設備更加緊湊，占地面積更小（為傳統工藝的1/2~1/3）。
3）剩余污泥產量少
MBR 污泥負荷一般為0.05~0.1kgCOD/(kg-MLSS*d)，低于傳統活性污泥法（0.05~0.1kgCOD/(kg-MLSS*d)），因此剩余污泥產量少，降低了污泥處理費用。
4）運行管理方便
該工藝實現了HRT 與SRT 的完全分離，膜分離單元不受污泥膨脹等因素的影響，因此，對MBR 的運行狀況更容易進行合理控制，易實現一體化自動控制，運行管理方便。
5）初投資費用高
根據污水水量、水質以及處理難易程度的不同，MBR 處理工業廢水的一次性投資通常在4 000~10 000 元/m3（規模為10~500m3/d），傳統工藝為3 000~6 000 元/m3。
6）運行成本方面
目前，浸沒式MBR 運行能耗為0.6~2kw*h/m3，高于活性污泥法的0.3~0.4 kw*h/m3。能耗隨運行時間的延長、膜污染的增加，呈上升趨勢。
3 應用MBR 處理煙草廢水
煙草行業最初應用MBR 處理污水為徐州卷煙廠“十五” 技改工程項目，工藝為MBR+RO，處理規模2 000m3/d。該工程將全廠的生產生活廢水收集后進行處理，廢水經過處理后用作鍋爐補給水、循環系統補給水，部分中水用于綠化、清掃等用途。
呼和浩特卷煙廠處理工藝為MBR+RO，處理后回水用于鍋爐補水以及綠化沖洗用水。此工程于07 年5 月份投產使用，設計處理規模1 000m3/d，實際處理量為700m3/d 左右，現已運行兩年多時間，實例表明，處理效果良好。
烏蘭浩特卷煙廠“十一五”技改項目污水處理工程選用 MBR 工藝，處理規模480m3/d， 09 年4 月份土建動工，預計 09 年底投產使用。
該工程詳細工藝流程：
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設計污水站進水指標：BOD 為350mg/L、COD 為1 000mg/L、SS 為350mg/L、NH3— N 為35mg/L，PH 值為 6~9。污水經處理后達到《城市污水再生利用景觀環境用水水質》（GB/T18921— 2002）要求，處理后中水用于消防、綠化、清洗及景觀用水。
4 MBR 技術發展沿革
4.1 國外MBR 技術及應用
MBR 由于其占地面積小和出水水質優良，在歐洲受到了相當程度的重視。美國于20 世紀60 年代開展了早期的膜與活性污泥法結合處理生活污水的研究。進入20 世紀80 年代以后，隨著膜材料的開發、膜制造技術的進步和膜清洗方法的改進，一些公司推出了自己的產品應用于生活污水，處理后水用作中水回用。
20 世紀90 年代膜生物反應器得到了迅速的發展，MBR 應用規模和領域不斷擴大，廣泛應用于生活污水、市政污水、垃圾滲濾液、石化廢水、食品廢水、造紙廢水、印染廢水等許多領域。在國際上，隨著環保標準的提高，MBR 將更加受到青睞。
4.2 國內MBR 技術及應用
1991 年以來，以清華大學、中科院生態環境研究中心、哈爾濱工業大學、天津大學、同濟大學、華東理工大學為代表，紛紛開展了關于膜生物反應器的研究。2002 年，膜生物反應器的研發被列為“863”重大科技項目，推進了膜生物反應器在污水處理及其回用的應用。目前，我國已有膜科學研究機構上百家，膜生產企業數百家，典型應用實例如：天津醫科大學總醫院污水處理站（1 000m3/d）；天津空港物流加工區深度處理工程（30 000m3/d）；呼和浩特卷煙廠（1 000m3/d）；北京北小河MBR 污水處理工程（60 000m3/d）等。
近兩年，我國MBR 已進入了實用化階段，MBR 系統的處理對象從生活污水擴展到了高濃度有機廢水和難降解工業污水，如化工、食品、印染、醫院、煙草等，且處理能力由每天幾十噸發展到了每天幾萬噸。表明我國MBR 設計能力、工程建設能力和運行管理技術已具備了較高水平，其市場應用前景越來越廣泛。
5 結論
綜上所述，MBR 在污水處理領域已成為備受矚目的新工藝，并得到了廣泛的應用。隨著膜制造技術的進步、質量的提高和制造成本的降低，MBR 工藝的投資也會隨之降低。經研究人員對MBR 處理工藝的深入研究，其運行費用也大幅下降。
與此同時，MBR 在處理煙草行業高濃度污水工藝及中水回用上，具有無可比擬的優勢。預計MBR 處理工藝在未來煙草廢水處理技術領域占有重要的位置。
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