電子行業廢水MBR法處理回用技術
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電子行業廢水比較復雜，除酸堿液外，一般還會有清洗、刻蝕、剝離等生產工藝中產生的廢水，其中含有多種有機物和無機物，而且一些特種有機物在常規的檢測方式（BOD5，COD）中，并不能體現出其實際的濃度。電子行業廢水中常見的污染物包括：染料、四甲基氫氧化銨、丙二醇甲醚醋酸酯、5-氨基四唑、磷酸鹽、硝酸鹽、氟化物、線型酚醛樹脂、二乙二醇乙醚、四甘醇、1-氨基-2-丙醇、乙醇、異丙醇、丙酮、1-甲基吡咯烷酮、甲酰胺、N-甲基氨、環丁砜、季銨鹽、乙酸丁酯、丙二醇甲醚丙酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯等，電子行業廢水具有水質波動大、含有有毒物質、處理難度大等特點。電子行業廢水的處理基本采用物化法（酸堿調節、加藥沉淀）處理，達到當地污水排放標準后排入附近水體或排入污水處理廠與生活污水混合進行處理，回用難度較大。
膜生物反應器（MBR）是以酶、微生物、動植物細胞為催化劑進行化學反應和生化轉化，同時憑借膜進行泥水分離的生物反應技術。它利用膜組件替代傳統的二沉池，可提高污泥濃度，減小生物池容積，使出水水質更穩定，克服了污泥流失的問題，有較強的耐沖擊負荷能力。MBR 工藝具有出水水質良好、可直接回用、設備緊湊、運行管理方便、污泥產量少等特點。近年來，MBR 已經成功應用于生活污水、醫院廢水、垃圾滲濾液、石化廢水等的處理〔1〕。鑒于日益嚴格的污水排放和回用標準，MBR 在中水回用市場將具有廣泛的應用前景〔2〕。為此，筆者對電子行業廢水進行了MBR 處理研究，以期為我國電子行業廢水的處理回用提供些許參考。
1 實驗部分
1.1 實驗用水
某電子廠生產廢水主要包括酸堿廢水、含氟廢水、含氨廢水和CMP 研磨廢水，其經過廠內物化處理系統分別處理后，匯集至總排污口，經過管網排放到園區污水處理廠。本次中試的進水即取自總排污口。2011 年7 月19 日至2011 年11 月25 日，對該電子廠總排污口的水質進行了監測。
1.2 實驗流程
本中試實驗采用MBR 系統（A2O+膜過濾）。首先通過提升泵將待處理廢水由排水井提升至均質池，之后廢水先后自流通過厭氧池和缺氧池進行處理；缺氧池混和液部分被泵入好氧池繼續處理，部分回流到厭氧池，回流比為100%；好氧池混合液部分被膜池提升泵輸送到膜池進行泥水分離，部分回流到脫氧池后進入缺氧池，回流比為400%；膜池混合液部分回流到好氧池，回流比為400%。MBR 產水收集到反洗水池，作為MBR 反洗用水；多余的產水排放至總排放口。采用鼓風機為好氧池和膜池曝氣。
實驗流程
1.3 實驗裝置和材料
MBR 中試設備（包括：均質池、厭氧池、缺氧池、脫氧池、好氧池，容積均為3 m3，碳鋼防腐；膜池，容積3 m3，SS316不銹鋼）、SDI 測試裝置，北京賽諾水務科技有限公司產品；SMT-BR15超濾膜組件，有效膜面積27 m2，膜絲孔徑0.1 μm，材質PVDF，北京賽諾膜科技有限公司產品；便攜式水質檢測儀、DR890 光度計、消解爐、BOD 培養箱等，哈希產品。
1.4 實驗方法
實驗時間：2011 年7 月19 日至2011 年11 月 25 日。實驗地點：北京亦莊開發區某電子廠區。
實驗所用接種污泥為小紅門污水處理廠好氧池混合液。污泥馴化方式：將7 m3 污泥混合液、8 m3 待處理廢水和1 kg 葡萄糖注入實驗裝置（除均質池外），悶曝1 d；次日開始進水，初始進水流量為0.1 m3/h，監測好氧池CODCr，待其降到50 mg/L 以下時將進水流量升為0.2 m3/h，直至將進水流量升高到設計流量0.5 m3/h。厭氧池、缺氧池和脫氧池采用攪拌機攪拌。穩定運行期間，好氧池曝氣量為1.6m3/h，污泥質量濃度為5.2~6 g/L；膜池氣擦洗量為7m3/h，污泥質量濃度為6.5~7.5 g/L；膜池產水量為12m3/d，平均通量為 18.5 L/（m2·h）。運行初期在缺氧池投加適量葡萄糖是為了加快污泥培養；根據好氧池pH 在缺氧池適量投加碳酸氫鈉以提高堿度。
1.5 檢測方法
SDI15 的檢測：依據美國材料實驗協會（ASTM） D 4185—95 規定的方法檢測計算15 min 的SDI 值。 CODCr、TSS、氨氮和磷的檢測：使用哈希便攜式實驗裝置。委托清華大學進行掃描電鏡分析。
2 結果與討論
2.1 MBR 系統對CODCr的去除效果
在MBR 系統中，由于對CODCr 的去除主要來自生化作用，因此實驗過程中對MBR 系統進水和膜池（污泥上清液濾紙過濾水樣）的CODCr 進行了監測。
MBR 系統生化部分對CODCr的去除效果
可以看出，膜池CODCr 基本在40 mg/L 以下，平均值為20.29 mg/L；生化部分CODCr 去除率基本保持在60%以上，平均值為80.9%。說明該系統對電子行業廢水具有較好的生物處理效果。
MBR 系統中微/超濾膜的作用主要為泥水分離，提高好氧池污泥濃度，去除懸浮物、膠體，提高產水感官指標。為了考察膜對CODCr 的去除作用，中試期間對膜池（污泥上清液濾紙過濾水樣）CODCr 與 MBR 產水CODCr 進行了抽樣檢測。
MBR 膜對CODCr的去除效果
檢測結果表明，該超濾膜對CODCr 的平均去除率為30%左右，對產水CODCr 的降低也存在一定的貢獻。
2011 年8 月8 日的取樣分析結果表明，原水和MBR 產水的BOD5 分別為35、0.8 mg/L，原水和 MBR 產水的CODCr 分別為106、9 mg/L，B/C=0.33，說明該廢水具有一定的可生化性，而較低的產水BOD5 也說明碳源幾乎被完全降解。
2.2 MBR 系統對氮、磷的去除效果
MBR 系統對氮、磷的去除效果。
MBR 產水NH3-N＜5 mg/L，TP 在 0.5 mg/L 左右。硝化菌最適宜生長的pH 環境為7.5~ 8.5〔3〕，本系統進水pH 一般在6.2~7.1，pH 環境對硝化細菌的活性稍有抑制作用。通過提高堿度可改善硝化效果，但會加大運行成本。實驗過程對堿度的控制是使好氧池的pH＞6.5，以滿足COD 去除的基本要求，而這只使MBR 產水NH3-N 降至5 mg/L以下。
2.3 MBR 產水SDI
實驗的后半階段檢測了MBR 產水的SDI15，結果表明，SDI15 基本保持在4 以下，大部分數據在2~ 3，達到安全進入RO 的水平。表明MBR 產水可直接進入RO系統進行脫鹽處理，處理后出水可作為回用水。
2.4膜的化學清洗
MBR系統運行到一定時間，由于膜組件的積泥以及污染物附著在膜絲表面，會造成TMP（跨膜壓差）升高，需要定期進行維護性清洗。整個中試過程共進行了8 次維護性清洗，包括次氯酸鈉洗和鹽酸洗，使用RO 產水配藥。清洗前后TMP 的變化。
前4 次維護性清洗采用滿池清洗方式（即污泥不移出），在采用NaClO（質量濃度為1 000 mg/L）清洗后，再用一定濃度的鹽酸（pH=2.1）進行中和，以消除NaClO 清洗時產生的化學沉淀物。每次維護性清洗后裝置可穩定運行1 周左右。但前4 次維護性清洗后的MBR產水CODCr 有所升高，這與膜池較高濃度的NaClO 對微生物產生的抑制作用有關，清洗后需要逐步恢復污泥的活性。
9 月5 日后對維護性清洗方式進行了改變，先排空膜池污泥（移至生化池），注入RO 產水，再進行 NaClO（質量濃度增至3 000 mg/L）洗和鹽酸洗，清洗效果明顯改善，清洗周期延長至3 周左右。最后2 次清洗，由于清洗水溫低（14 ℃左右），清洗恢復性效果不如前幾次水溫較高時（25 ℃左右）明顯。
清洗結果表明，控制好藥劑濃度和清洗水溫，采用空池清洗方式可使膜組件性能得到良好恢復，且該膜絲能夠適應高濃度NaClO。在4 個月的運行中，僅采用維護性清洗即可恢復膜的性能，預計恢復性化學清洗周期能夠達到6 個月或以上。
2.5 系統污泥性狀分析
運行過程中對各池污泥濃度進行了監測，并以此作為排泥依據。監測結果的平均值如表 3 所示。日排泥量為100~300 L，排泥點在膜池。
本系統馴化的活性污泥對來水的降解能力很強，裝置的處理能力本還可以加大，但限于膜組件的過水能力限制，實際只能按照12 m3/d 的水量進行處理，這就導致了營養物過低，污泥濃度低于常規的 MBR 系統。
現場檢測30 min 的污泥沉降比一般低于40%，與一般MBR 系統區別較大。說明污泥黏度較大，不易分散，原因可能為進水含有PAM（污水前期物化處理殘余），使活性污泥層中包裹較多的PAM 所至。取污泥樣品進行電鏡分析，可見明顯的PAM 包裹，如圖 5 所示（放大1000 倍，反射），驗證了上述推測。整個實驗過程中MBR 產水未隨時間的增加出現劣化，說明PAM 的含量不高，對該系統尚未造成影響，但不能確定其對膜長期使用效果的影響。工程實施中需要通過預處理去除PAM。
3 結論
（1）MBR 系統對該電子行業廢水中的COD、BOD、氨氮具有較好的去除效果，產水SDI15 基本在 2~3。CODCr 平均去除率為80.9%，超濾膜對CODCr 的平均去除率為30%左右，對產水CODCr 的降低存在一定的貢獻。產水水質已達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）中的一級標準要求，可直接排放，也可直接進入RO 系統進行脫鹽處理而獲取較高質量的回用水。
（2）膜池平均過濾通量在18.5 L/（m2·h），非常穩定，維護性清洗周期可以達到2~3 周。
（3）通過對MBR 系統污泥的電鏡分析，得出進水中的PAM 對MBR 污泥產生包裹，盡管實驗過程中并未影響到系統的處理效果，但可能不利于膜的長期使用，需要在工程實施中增加預處理手段。
（4）后續實驗中可以對MBR 產水直接進入RO 系統進行中試研究，摸索RO 系統的運行參數、膜污染及清洗效果，以期使電子行業廢水能夠處理至較高品質的回用水。
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