聶 凱，黃伊丕，潘涌璋，葉林順

（暨南大學(xué)環(huán)境工程系, 廣東省普通高校水土環(huán)境毒害性污染物防治與生物修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州510632）

中國是世界上最大的印刷線路板生產(chǎn)基地，經(jīng)過多年的發(fā)展，印刷線路板廢水的治理得到長足的進(jìn)步，但仍有部分廢水由于互相混合反應(yīng)，有機(jī)物和銅、錳、鎳等重金屬離子等原因，存在處理難度大、設(shè)備復(fù)雜，處理成本高等問題，甚至?xí)茐奶幚硐到y(tǒng)的正常運(yùn)行[1,2]。

對PCB廢水的處理，國內(nèi)外都進(jìn)行了較多的研究。國外早在上世紀(jì)70年代就開始對其治理方法進(jìn)行研究一世紀(jì) 8O年代美國、日本、歐洲研究和應(yīng)用了活性炭吸附、離子交換、反滲透膜過濾等工藝治理 PCB廢水。上世紀(jì) 90年代以來，國內(nèi)在 PCB廢水吸附劑、處理劑、重金屬離子捕集劑和微生物菌劑等方面進(jìn)行了一些研究。由于PCB廢水成分復(fù)雜，目前國內(nèi)外主要采用物理化學(xué)法或生物法處理該類廢水[3]。但是采用混凝、沉淀和過濾等物化法處理此類廢水，處理后出水COD濃度仍很高，不能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。解決這一問題的傳統(tǒng)方法是先將廢水進(jìn)行生物處理，然后送入沉淀池進(jìn)行泥水分離，這種方法的缺點(diǎn)是占地面積大，而且生化階段的污泥濃度始終維持在一個(gè)較低的水平，從而延長了反應(yīng)時(shí)間，增加了投資成本[4]，這導(dǎo)致真正采用生化處理COD的廠家僅為1/10。因此傳統(tǒng)的辦法已經(jīng)不能適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展[5]，對比傳統(tǒng)的方法，膜生物反應(yīng)器(英文名稱為 Membrane bioreactor,縮寫為MBR)是將生物反應(yīng)器和膜分離過程相結(jié)合的一種新型工藝,其最大的特點(diǎn)就是采用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的生物處理的二沉池[6],具有占地面積小，能徹底去除出水中的固體物質(zhì)，負(fù)荷率高等優(yōu)點(diǎn)，以膜技術(shù)的高效分離作用取代二沉池，達(dá)到了原來二沉池?zé)o法比擬的泥水分離和污泥濃縮效果[7,8]。

本試驗(yàn)以實(shí)際物化后的印刷電路板廢水為處理對象，探討不同類型膜生物反應(yīng)器對印刷電路板廢水的處理效果，使出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，減少排污費(fèi)用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益并推動 MBR在工業(yè)污水上的廣泛應(yīng)用[9,10]。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

（1）膜組件：陶瓷膜以硅藻土、沸石、海貝殼等為原料，經(jīng)成型、高溫?zé)Y(jié)而成。內(nèi)部和表面含有大量微孔，孔徑0.2 μm，表面積436.5 cm2，能濾除99.99%的病原細(xì)菌，微孔陶瓷膜具有輕質(zhì)，高氣孔率，耐腐蝕性，孔徑分布均勻，過濾精度高，易于再生等特點(diǎn)；中空纖維超濾膜纖維管壁上布滿微孔，截留分子量可達(dá)10萬道爾頓，具有使用過程簡單，不需加熱，能源節(jié)約，低壓運(yùn)行，占地面積小等特點(diǎn)。

（2）微型真空泵：WKA1300-24 V，真空度 75 kPa，抽水速率1 300 mL/min。

（3）增氣泵：廣東海利集團(tuán)公司的AC-9904型。

（4）MBR反應(yīng)器：高265 mm內(nèi)徑150 mm的圓柱型塑料容器。

1.2 工藝流程

工藝流程如圖1所示，膜生物反應(yīng)器有效體積為5 L，底部裝有曝氣系統(tǒng)。用真空泵控制進(jìn)出水，經(jīng)物化處理的印刷電路板廢水排入進(jìn)水池中，由真空泵泵入裝有活性污泥的膜生物反應(yīng)器中，經(jīng)生化處理后，由真空泵經(jīng)兩種膜組件過濾后排放。其中超濾膜采用分體式，陶瓷膜采用一體式，內(nèi)置陶瓷膜后實(shí)際容積為4.5 L。

1.3 試驗(yàn)用水水質(zhì)

取自深圳某電路板廠經(jīng)物化處理后的印刷電路板廢水，水質(zhì)指標(biāo)見表1。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Schematic of the technological process1進(jìn)水池Sump；2真空泵Vacuum pump；3膜生物反應(yīng)器Membrane bioreactor；4陶瓷膜Ceramic Membrane；5曝氣系統(tǒng)Aeration system；6超濾膜Ultrafiltration Membrane；7氣泵Air pump

1.4 分析方法

CODCr采用重鉻酸鉀法[11]測定；氨氮采用鈉氏試劑分光光度法[11]測定，所用分光光度計(jì)是上海精密科學(xué)儀器有限公司的 16C14型；濁度用無錫市光明濁度儀廠生產(chǎn)的STZ─A24型濁度儀測定；pH由上海雷磁廠生產(chǎn)的PHS-3C型pH計(jì)測定；采用奧林巴斯BX61型光學(xué)顯微鏡觀察微生物形態(tài)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 活性污泥的馴化

接種污泥取自廣州某污水處理廠二沉池的回流污泥，新鮮污泥MLSS為6.43 g/L，SV為29。水位控制在滿負(fù)荷運(yùn)行水位的4/5，進(jìn)行間曝培養(yǎng)[12]，每天停止曝氣，靜沉0.5~1 h，然后加入新鮮污水，根據(jù) m(COD)/m(N)/m(P)=100∶5∶1投加葡萄糖、NH4Cl和 KH2PO4，水量約為反應(yīng)器容積的 1/5。待活性污泥培養(yǎng)成熟后，再逐步增加印刷電路板廢水在混合液中的比例，運(yùn)行15 d后，鏡檢發(fā)現(xiàn)占優(yōu)勢的微生物是固著型纖毛類原生動物（如輪蟲、線蟲、紅斑瓢體蟲等）和菌膠團(tuán)，如圖2所示，并且CODCr和氨氮的去除率分別穩(wěn)定60%和90%以上，表明活性污泥馴化已經(jīng)完成。

圖2 污泥中的優(yōu)勢微生物Fig.2 The main microorganism in sludge

圖3 MBR工藝對COD的去除效果Fig.3 The removal efficiency of COD with MBR process

2.2 CODCr去除效果的比較

水溫在25℃，DO值在4～8 mg/L的條件下，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行 31d，進(jìn)出水 CODCr變化情況如圖 3所示。進(jìn)水CODCr在191.2 ~270.4 mg/L波動時(shí)，MBR反應(yīng)器的上清液CODCr在100.4～119.6 mg/L之間；陶瓷膜和超濾膜出水CODCr分別在96.4 mg/L和99.2 mg/L以下，且變化幅度小，去除率分別大于59.75%和 57.1%。表明兩種膜組件能夠有效地去除水中的COD，且運(yùn)行效果穩(wěn)定，盡管進(jìn)水COD存在波動，但系統(tǒng)顯示出較強(qiáng)的抗負(fù)荷沖擊能力。通過比較反應(yīng)器上清液水質(zhì)和經(jīng)膜過濾后水質(zhì)可知，膜的應(yīng)用可以確保出水中 CODCr達(dá)標(biāo)，陶瓷膜和超濾膜對CODCr的去除率可以提高15.1%～20.5%。

表1 物化后的印刷電路板廢水Table 1 The printed circuit board wastewater treated by physicochemical process

2.3 氨氮去除效果的比較

由圖4可知，整個(gè)運(yùn)行階段，進(jìn)水氨氮濃度在33.02 ~58.37 mg/L波動時(shí)， MBR反應(yīng)器的上清液、陶瓷膜出水和超濾膜出水氨氮濃度均低于3 mg/L，其去除率分別可達(dá)到96.74%、98.42%、99.06%。陶瓷膜和超濾膜出水氨氮平均值為 0.759 mg/L和0.442 mg/L，表明系統(tǒng)除氨氮效果顯著，這是由于膜對硝化細(xì)菌的攔截作用使其在反應(yīng)器內(nèi)不斷積累，較長的泥齡為硝化細(xì)菌的生長提供了良好條件。楊小麗等[13]采用熒光原位雜交技術(shù)( FISH)對不同氨氮濃度的 MBR 系統(tǒng)中微生物種群進(jìn)行檢測，認(rèn)為進(jìn)水氨氮濃度不同的 MBR 經(jīng)過長時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行，各自形成了特有的微生物群落結(jié)構(gòu)，氨氧化細(xì)菌、硝化細(xì)菌與氨氮的去除具有較好的相關(guān)性。

2.4 濁度的比較

從圖5可知，系統(tǒng)能有效降低濁度，進(jìn)水濁度在3.71~6.77 NTU范圍波動時(shí)，陶瓷膜出水濁度可穩(wěn)定維持在2.02~3.92 NTU，超濾膜出水濁度可穩(wěn)定維持在0.72~1.91 NTU。

圖4 MBR工藝對氨氮的去除效果Fig.4 The removal efficiency of ammonia-nitrogen with MBR process

圖5 MBR工藝對濁度的去除效果Fig.5 The removal efficiency of turbidity with MBR process

3 結(jié) 論

（1）采用間歇培養(yǎng)和異步馴化的方式可以使活性污泥的馴化時(shí)間縮短，易于操作，不會發(fā)生污泥膨脹。在馴化后期，工藝對 CODCr和氨氮的去除率可穩(wěn)定在60%和90%以上。

（2）在進(jìn)水COD 191.2～270.4 mg/L，氨氮30～50 mg/L，MLSS 6 500 mg/L，DO 4～8 mg/L，反應(yīng)時(shí)間為5 h的條件下，兩種膜生物反應(yīng)器出水COD和氨氮的濃度分別低于99.2 mg/L和0.759 mg/L，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)

（3）在進(jìn)水COD和氨氮濃度波動較大的情況下，出水水質(zhì)穩(wěn)定，說明 MBR工藝具有良好的抗沖擊負(fù)荷能力。

（4）MBR工藝在電鍍廢水去除處理COD和氨氮的深度領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。。

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