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MBR膜工藝在電鍍廢水生化處理中的應用
發布時間：
2019-12-09
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在廣東四會市某工業園電鍍廢水分類收集、分質物化預處理后重金屬都達標的前提下，將MBR膜用于電鍍廢水深度生化處理，應用“A2/O+MBR膜”工藝，設計合適的停留時間、曝氣量和回流比，投加必要的營養鹽和營養物（補充碳源），MBR膜的產水CODcr、氨氮、總氮、磷等均能夠達到當地的電鍍廢水排放要求，為MBR膜工藝在電鍍廢水深度處理升級改造工程中的應用提供了成功的范例。
一. 引言
廣東省四會市某電鍍工業園的建成有10年以上，并配套建有電鍍廢水處理公司，集中處理電鍍園區內的所有企業產生的電鍍廢水，日處理廢水量在1200-1500噸之間。根據相關要求，本工業園區將電鍍廢水分為含鎳廢水、含鉻廢水、含氰廢水、前處理廢水、混排廢水、綜合廢水等六大類。經多次建設和升級改造，已建成廢水分類收集和分質預處理，且各項重金屬均可達到相關排放要求。
根據廣東省環保廳粵環〔2014〕25號所規定的《電鍍水污染物排放標準》（DB44/1597-2015），要求電鍍廢水的非重金屬指標也需達到新的排放標準要求，因此于2015年投資建成新的生化處理設施，對電鍍廢水預處理后進行深度生化處理，采用“A2/O+MBR膜”工藝，出水水質保證CODcr、氨氮、總氮、總磷等能夠達到當前最新的電鍍廢水排放要求。
二. 工程概況
2.1 設計條件
本新建電鍍廢水生化處理設施，總設計廢水處理規模為1500m3/d，每天運行24小時，實際設計按75m3/h（按20h計）。根據對本電鍍園區的預處理出水水質分析數據及本地區（非珠三角區）的排放要求如下（單位：mg/L，pH為無量綱）。
根據現有的電鍍廢水處理情況，原有的處理設施已能夠確保各重金屬指標、懸浮物、pH值、石油類等達標，故新建項目只是對廢水的CODcr、氨氮、總氮等進行處理，處理后要達到廣東省《電鍍水污染物排放標準》（DB44/1597-2015）表2中（非珠三角區）的相關排放要求。
2.2 處理工藝及說明
根據本工業園區的實際情況，針對目前常見的電鍍廢水生化處理工藝（執行表2排放）存在的一些問題，制定出本項目的工藝路張。采用浸入式膜處理系統（MBR）作為電鍍廢水深度處理的核心工藝單元，生化處理工藝流程。
原電鍍廢水預處后收集池→泵→厭氧（UASB）→缺氧→多級活性污泥→MBR膜→泵→清水池→達標排放
所有生化處理池采用地上鋼筋混凝土池，MBR膜采用合資品牌產品，廢水管道采用UPVC管，風機管道采用鍍鋅管，MBR膜單元采用自動化運行，生化剩余污泥與物化污泥一并處理。
2.3 MBR膜及優點
電鍍廢水深度生化處理采用浸沒式超濾膜，也叫膜生物反應器（MBR），其運行條件為浸入式外壓膜，利用離心泵進行負壓抽吸過濾，采取立昇浸入式膜過濾精度高達0.02μm，對水中CODcr、細菌、膠體等大顆粒等有機物有較高的去除率，出水濁度達到1NTU以下，出水水質穩定性好。
MBR膜運行方式為間歇運行，采取連續曝氣方式，空氣被引進超濾膜箱的底部，上升的空氣擦洗并清潔超濾膜纖維的外表面，延緩超濾膜的污染，提高過濾效率。在運行過程中，膠體污泥物質會逐漸積累在膜纖維的外表面，定期設置在線化學清洗，可清洗去除膜纖維外表面附著的污泥等固形污染物。并且每年設置2~3次利用節假日水量較小時在線化學清洗，徹底清洗膜組件，保證超濾系統的通量。使出水水質達到生活雜用水標準。
MBR膜具有以下優點：
（1）占地面積小，節省空間：采用MBR工藝，可以大大提升活性污泥池的污泥濃度（生物菌群量），另不需要二沉池，所以可以大幅度地節約占地面積。
（2）出水水質穩定、透明度高：MBR膜能夠截留幾乎所有的微生物，尤其是針對難以沉淀的、增殖速度慢的微生物，因此系統內的生物相極大豐富，活性污泥馴化、增量的過程大大縮短，處理的深度和系統抗沖擊的能力得以加強，出水水質非常穩定。
（3）運行管理方便、維護簡單：傳統的好氧活性污泥處理工藝，在高污泥負荷的情況運行會出現污泥膨脹現象，導致系統不能正常運行、出水不達標。而MBR工藝是用通過膜的抽吸來進行泥水分離，因此，污泥膨脹對于MBR出水的影響遠小于傳統工藝，因此運行管理非常方便。自動化程度高，維護簡單。
（4）泥齡長：膜分離使廢水中的大分子難降解成分，在體積有限的生物反應器內有足夠的停留時間，大大提高了難降解有機物的降解效率。反應器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡下運行，只有很少量的剩余污泥排放。由于泥齡長，更加適合世代時間長的微生物生長，有利于去除廢水中難講解的有機物質。
（5）動力消耗低：中空纖維膜所需的吸引壓力僅為－0.1～－0.4公斤/cm2左右，動力消耗低，一般不需要污泥回流。
（6）抗沖擊性強：當進水水量短時間內有較大變化時，可以考慮短時間加大膜的通過流量以達到緩解沖擊的目的。當進水水質變化時，由于有較高的污泥濃度，在一定范圍內也可以達到緩解沖擊的目的。
三. 電鍍廢水生化調試與效果
3.1 主要調試要點
pH和處理水量：由于電鍍工業園區已有廢水分類收集、分質預處理，且是24小時連續處理，物化預處理總出水pH值可控制在7.0~8.5之間，重金屬已處理完全達標，滿足進入生化系統的要求。生化系統前設置了中繼收集池，容積有300m3，可確保進入生化處理系統的pH值和水質水量相對穩定，為生化處理打下了良好的基礎。
曝氣量：考慮到電鍍廢水中的CODcr和BOD5都較低，且BOD/COD＜0.3或更低，總氮、氨氮又較高，為了提高可生化性及去除總氮、氨氮的需要又要另外投加充分的營養物（包括營養鹽），好氧池的曝氣量設置氣水比約15-25：1，可保證去除有機物和硝化的需要。風機采用變頻器，好氧池出水溶解氧值維持在2-4mg/L之間。
回流比：本生化系統MBR膜池污泥回流比按300%配置回流泵，好氧池內循環回流比按300%配置回流泵，總回流比達到600%。回流量控制分配厭氧：缺氧：好氧=1：3：6。一者確保污泥充分回流到活性污泥池保證菌群濃度（污泥濃度）；二者通過好氧池回流到缺氧池保證缺氧池內的溶解氧在0.2-0.5mg/L之間；三者一少部分增量污泥返回到厭氧池內消化掉，減少外排污泥量；四者內循環將硝酸根和亞硝酸根回流到缺氧池發生反硝化反應以脫氮。
水中的堿度：除去水中的氨氮，要檢測水中的堿度，確保與氨氮發生反應有充足的碳源（堿度），發生的亞硝化與硝化反應。廢水中本存在一部分無機碳酸根，一部分有機物分解產 生CO32-和HCO3-提供堿度，當氨氮較高時還要另投加蘇打（Na2CO3）或小蘇打（NaHCO3）以提高堿度。
營養物：生物法去除氨氮是在指廢水中的氨氮在各種微生物的作用下，通過硝化和反硝化等一系列反應，最終形成氮氣，從而達到去除氨氮的目的。硝化反應是在好氧條件下通過好氧硝化菌的作用將廢水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽。在缺氧條件下，利用反硝化菌（脫氮菌）將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮氣而從廢水中逸出。反硝化過程中的電子供體是各種各樣的有機底物（碳源），因電鍍廢水中有機物較低而總氮又較高，此時需要投加有機碳源，確保BOD：TN在4：1以上（或一般認為COD/TN至少為9）。
污泥的外排：MBR膜工藝采取大量的回流污泥以提高好氧池的活性污泥濃度，少部分回流到厭氧池分解除去，因此外排剩余污泥量很少。因也含有少量重金屬和磷等，外排污泥可混入物化污泥一并脫水壓干處理。
3.2 工程運行參數
工程建設主要是生化土建池的施工期約3個月，安裝1個月，調試4-6個月（生化調試時間較長）。噸水處理成本：電費在0.6元/噸左右，藥劑費（主要是MBR膜清洗）平均不到0.1元/噸，營養物投加小蘇打、白糖、面粉（甲醇更好）綜合成本約1.2-1.5元/噸廢水。實際運行也常引入每天150m3生活廢水（工業園內）。運行三班配值，每班1個人值班即可。MBR膜前兩年每半年清洗一次膜，兩年后基本每季度清洗一次即可。洗膜用草酸和次氯酸鈉浸泡清洗。
3.3 工藝處理效果
本工程項目建設完成后，經5個多月的調試達標，已正常運行3年多。實際處理水量在1200-1500m3/d之間。廢水處理主體設施對污染物的去除效果良好，MBR膜產水的CODcr在25-60mg/L之間、氨氮在0-3mg/L之間、總氮在8-15mg/L之間，磷酸根≤1mg/L，處理后均達到或明顯示優于排放標準。
MBR膜以其具備眾多的優點，近年來，在多種類型的廢水處理方面都取得了突破性進展。本工程項目通過采用MBR膜工藝取得了良好的處理效果，為MBR膜工藝在電鍍廢水處理中的應用提供了成功的范例，隨著“綠水青山，就是金山銀山”以及更嚴格的環保排放標準的提出，相信MBR膜工藝在重屬廢水深度處理中應用的將更加深入和廣泛。
一. 引言
廣東省四會市某電鍍工業園的建成有10年以上，并配套建有電鍍廢水處理公司，集中處理電鍍園區內的所有企業產生的電鍍廢水，日處理廢水量在1200-1500噸之間。根據相關要求，本工業園區將電鍍廢水分為含鎳廢水、含鉻廢水、含氰廢水、前處理廢水、混排廢水、綜合廢水等六大類。經多次建設和升級改造，已建成廢水分類收集和分質預處理，且各項重金屬均可達到相關排放要求。
根據廣東省環保廳粵環〔2014〕25號所規定的《電鍍水污染物排放標準》（DB44/1597-2015），要求電鍍廢水的非重金屬指標也需達到新的排放標準要求，因此于2015年投資建成新的生化處理設施，對電鍍廢水預處理后進行深度生化處理，采用“A2/O+MBR膜”工藝，出水水質保證CODcr、氨氮、總氮、總磷等能夠達到當前最新的電鍍廢水排放要求。
二. 工程概況
2.1 設計條件
本新建電鍍廢水生化處理設施，總設計廢水處理規模為1500m3/d，每天運行24小時，實際設計按75m3/h（按20h計）。根據對本電鍍園區的預處理出水水質分析數據及本地區（非珠三角區）的排放要求如下（單位：mg/L，pH為無量綱）。
根據現有的電鍍廢水處理情況，原有的處理設施已能夠確保各重金屬指標、懸浮物、pH值、石油類等達標，故新建項目只是對廢水的CODcr、氨氮、總氮等進行處理，處理后要達到廣東省《電鍍水污染物排放標準》（DB44/1597-2015）表2中（非珠三角區）的相關排放要求。
2.2 處理工藝及說明
根據本工業園區的實際情況，針對目前常見的電鍍廢水生化處理工藝（執行表2排放）存在的一些問題，制定出本項目的工藝路張。采用浸入式膜處理系統（MBR）作為電鍍廢水深度處理的核心工藝單元，生化處理工藝流程。
原電鍍廢水預處后收集池→泵→厭氧（UASB）→缺氧→多級活性污泥→MBR膜→泵→清水池→達標排放
所有生化處理池采用地上鋼筋混凝土池，MBR膜采用合資品牌產品，廢水管道采用UPVC管，風機管道采用鍍鋅管，MBR膜單元采用自動化運行，生化剩余污泥與物化污泥一并處理。
2.3 MBR膜及優點
電鍍廢水深度生化處理采用浸沒式超濾膜，也叫膜生物反應器（MBR），其運行條件為浸入式外壓膜，利用離心泵進行負壓抽吸過濾，采取立昇浸入式膜過濾精度高達0.02μm，對水中CODcr、細菌、膠體等大顆粒等有機物有較高的去除率，出水濁度達到1NTU以下，出水水質穩定性好。
MBR膜運行方式為間歇運行，采取連續曝氣方式，空氣被引進超濾膜箱的底部，上升的空氣擦洗并清潔超濾膜纖維的外表面，延緩超濾膜的污染，提高過濾效率。在運行過程中，膠體污泥物質會逐漸積累在膜纖維的外表面，定期設置在線化學清洗，可清洗去除膜纖維外表面附著的污泥等固形污染物。并且每年設置2~3次利用節假日水量較小時在線化學清洗，徹底清洗膜組件，保證超濾系統的通量。使出水水質達到生活雜用水標準。
MBR膜具有以下優點：
（1）占地面積小，節省空間：采用MBR工藝，可以大大提升活性污泥池的污泥濃度（生物菌群量），另不需要二沉池，所以可以大幅度地節約占地面積。
（2）出水水質穩定、透明度高：MBR膜能夠截留幾乎所有的微生物，尤其是針對難以沉淀的、增殖速度慢的微生物，因此系統內的生物相極大豐富，活性污泥馴化、增量的過程大大縮短，處理的深度和系統抗沖擊的能力得以加強，出水水質非常穩定。
（3）運行管理方便、維護簡單：傳統的好氧活性污泥處理工藝，在高污泥負荷的情況運行會出現污泥膨脹現象，導致系統不能正常運行、出水不達標。而MBR工藝是用通過膜的抽吸來進行泥水分離，因此，污泥膨脹對于MBR出水的影響遠小于傳統工藝，因此運行管理非常方便。自動化程度高，維護簡單。
（4）泥齡長：膜分離使廢水中的大分子難降解成分，在體積有限的生物反應器內有足夠的停留時間，大大提高了難降解有機物的降解效率。反應器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡下運行，只有很少量的剩余污泥排放。由于泥齡長，更加適合世代時間長的微生物生長，有利于去除廢水中難講解的有機物質。
（5）動力消耗低：中空纖維膜所需的吸引壓力僅為－0.1～－0.4公斤/cm2左右，動力消耗低，一般不需要污泥回流。
（6）抗沖擊性強：當進水水量短時間內有較大變化時，可以考慮短時間加大膜的通過流量以達到緩解沖擊的目的。當進水水質變化時，由于有較高的污泥濃度，在一定范圍內也可以達到緩解沖擊的目的。
三. 電鍍廢水生化調試與效果
3.1 主要調試要點
pH和處理水量：由于電鍍工業園區已有廢水分類收集、分質預處理，且是24小時連續處理，物化預處理總出水pH值可控制在7.0~8.5之間，重金屬已處理完全達標，滿足進入生化系統的要求。生化系統前設置了中繼收集池，容積有300m3，可確保進入生化處理系統的pH值和水質水量相對穩定，為生化處理打下了良好的基礎。
曝氣量：考慮到電鍍廢水中的CODcr和BOD5都較低，且BOD/COD＜0.3或更低，總氮、氨氮又較高，為了提高可生化性及去除總氮、氨氮的需要又要另外投加充分的營養物（包括營養鹽），好氧池的曝氣量設置氣水比約15-25：1，可保證去除有機物和硝化的需要。風機采用變頻器，好氧池出水溶解氧值維持在2-4mg/L之間。
回流比：本生化系統MBR膜池污泥回流比按300%配置回流泵，好氧池內循環回流比按300%配置回流泵，總回流比達到600%。回流量控制分配厭氧：缺氧：好氧=1：3：6。一者確保污泥充分回流到活性污泥池保證菌群濃度（污泥濃度）；二者通過好氧池回流到缺氧池保證缺氧池內的溶解氧在0.2-0.5mg/L之間；三者一少部分增量污泥返回到厭氧池內消化掉，減少外排污泥量；四者內循環將硝酸根和亞硝酸根回流到缺氧池發生反硝化反應以脫氮。
水中的堿度：除去水中的氨氮，要檢測水中的堿度，確保與氨氮發生反應有充足的碳源（堿度），發生的亞硝化與硝化反應。廢水中本存在一部分無機碳酸根，一部分有機物分解產 生CO32-和HCO3-提供堿度，當氨氮較高時還要另投加蘇打（Na2CO3）或小蘇打（NaHCO3）以提高堿度。
營養物：生物法去除氨氮是在指廢水中的氨氮在各種微生物的作用下，通過硝化和反硝化等一系列反應，最終形成氮氣，從而達到去除氨氮的目的。硝化反應是在好氧條件下通過好氧硝化菌的作用將廢水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽。在缺氧條件下，利用反硝化菌（脫氮菌）將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮氣而從廢水中逸出。反硝化過程中的電子供體是各種各樣的有機底物（碳源），因電鍍廢水中有機物較低而總氮又較高，此時需要投加有機碳源，確保BOD：TN在4：1以上（或一般認為COD/TN至少為9）。
污泥的外排：MBR膜工藝采取大量的回流污泥以提高好氧池的活性污泥濃度，少部分回流到厭氧池分解除去，因此外排剩余污泥量很少。因也含有少量重金屬和磷等，外排污泥可混入物化污泥一并脫水壓干處理。
3.2 工程運行參數
工程建設主要是生化土建池的施工期約3個月，安裝1個月，調試4-6個月（生化調試時間較長）。噸水處理成本：電費在0.6元/噸左右，藥劑費（主要是MBR膜清洗）平均不到0.1元/噸，營養物投加小蘇打、白糖、面粉（甲醇更好）綜合成本約1.2-1.5元/噸廢水。實際運行也常引入每天150m3生活廢水（工業園內）。運行三班配值，每班1個人值班即可。MBR膜前兩年每半年清洗一次膜，兩年后基本每季度清洗一次即可。洗膜用草酸和次氯酸鈉浸泡清洗。
3.3 工藝處理效果
本工程項目建設完成后，經5個多月的調試達標，已正常運行3年多。實際處理水量在1200-1500m3/d之間。廢水處理主體設施對污染物的去除效果良好，MBR膜產水的CODcr在25-60mg/L之間、氨氮在0-3mg/L之間、總氮在8-15mg/L之間，磷酸根≤1mg/L，處理后均達到或明顯示優于排放標準。
MBR膜以其具備眾多的優點，近年來，在多種類型的廢水處理方面都取得了突破性進展。本工程項目通過采用MBR膜工藝取得了良好的處理效果，為MBR膜工藝在電鍍廢水處理中的應用提供了成功的范例，隨著“綠水青山，就是金山銀山”以及更嚴格的環保排放標準的提出，相信MBR膜工藝在重屬廢水深度處理中應用的將更加深入和廣泛。
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