電鍍廢水A2/O-MBR處理工藝
常見的電鍍廢水處理工藝通常是采用傳統化學處理法對不同種類的廢水進行分類處理，從而達到回收重金屬且使廢水達標排放的目的〔1,2,3〕。然而，隨著《電鍍污染物排放標準》（發布稿）（GB21900—2008）的發布，N、P、COD等污染物的排放標準更加嚴格，僅僅采用傳統化學處理并不能很好地達到排放標準的要求。MBR是一種新興的污水處理工藝，具有處理效果好，占地面積省，抗沖擊負荷能力強等諸多優點。將MBR用于工業污水的處理國內外近年來研究較多，并已經有了實際應用，實踐證明采用化學處理結合MBR的新工藝處理工業污水效果很好〔4,5,6〕。某電鍍工業園每天產生大量電鍍廢水，因其電鍍產品種類較多，所產生的廢水水質也較復雜。設計采用化學處理結合A2/O-MBR的新工藝對園區的絡合廢水及前處理廢水進行處理，將傳統化學處理作為生化段的預處理工藝，后接A2/O-MBR工藝以強化去除COD及脫氮除磷的效果。工程建成調試完成后經過幾個月的連續監測表明，經過本工藝處理后的出水水質優良，且本工藝具備較強的抗沖擊負荷能力。
1廢水水量及水質情況
1.1設計進水水量及水質
本工藝處理的對象為園區內車間排放的電鍍前處理廢水及絡合廢水，項目前期對車間排放廢水進行水量調查及取樣分析得到前處理廢水設計水量為750m3/d，設計進水水質：pH為4～8，水中所含污染物主要為COD、氨氮和總磷，分別為600、20、5mg/L；絡合廢水設計水量為250m3/d，設計進水水質：pH為6～8，所含污染物主要為COD、總銅、總鎳、總鋅、氨氮和總磷，分別為300、60～120、20、20～60、200、20mg/L。
1.2生化系統進水水質要求
上述兩類廢水顯然都達不到生化進水要求，必須經過各自的預處理后方能進入A2/O-MBR系統。因此設計首先采用傳統工藝對廢水進行分類預處理，經過預處理的生化進水所要求的水質指標如下：COD300mg/L左右，氨氮30～35mg/L，總磷3～6mg/L，SS不超過50mg/L，總銅、總鎳、總鋅均低于0.5mg/L。
1.3設計出水水質
設計出水水質以《電鍍污染物排放標準》（發布稿）（GB21900—2008）規定的表2的排放標準為依據，具體指標如表1所示。
2處理工藝
2.1工藝選擇
MBR反應器具有處理效果好，占地面積小，抗沖擊負荷能力強等優良特性，綜合考慮，決定采用化學處理結合A2/O-MBR的工藝；瘜W處理作為A2/O-MBR工藝的預處理，主要目的是去除絕大部分重金屬，降低對活性污泥的毒害。由于絡合廢水含有較高的氨氮，為了減輕A2/O-MBR工藝的脫氮負荷，采用吹脫的方式對廢水進行處理。厭氧池的作用主要是水解酸化以提高廢水的可生化性。經過預處理的廢水經pH回調后送入生化處理系統。
預處理過程如下：絡合廢水首先采用雙氧水破絡，然后進行加堿混凝沉淀處理，沉淀后出水進行氨氮吹脫處理。前處理水由于含有油類物質，先做混凝氣浮，再進行加堿混凝沉淀。
具體的處理流程如圖1所示。
圖1A2/O-MBR工藝流程
由圖1可見，經預處理后的混合廢水先進入pH回調池，加酸將廢水的pH調節為9～9.5。經pH回調后的廢水進入厭氧池，厭氧池設計較大，總的停留時間較長，在起到水解酸化作用的同時也起到了生化調節池的作用。厭氧池后接兩級沉淀池，沉淀厭氧活性污泥回流，上清液進入缺氧池。缺氧池DO較低，主要完成反硝化的作用。缺氧池出水進入好氧池，好氧池末端連接MBR池。此工段主要完成硝化反應，MBR池可以截留幾乎所有活性污泥，使出水水質澄清，且使得硝化細菌得以大量增殖，加強了硝化的效果。MBR池出水進入清水池后排放。MBR池硝化液回流入缺氧池，并另設回流管使部分污泥回流入厭氧池。
2.2主要構筑物參數及設備選型
（1）生化pH回調池。由于經過物化預處理后的電鍍廢水呈堿性，不能直接進入生化系統，因此在厭氧池前設置一個pH回調池，通過pH自動控制系統控制H2SO4加入量，使廢水的pH維持在9.5～10。處理水量62.5m3/h，尺寸為2.2m×2.2m×2.5m，鋼砼結構，地上2.5m。
（2）厭氧池。厭氧池4格串聯，單格尺寸為12.0m×3.85m×6m，總停留時間為21h。每個厭氧池均在對角線的位置設有兩個潛水攪拌器，池間過流孔上下交錯布置，以改善池內的水力條件，更好地起到水解酸化及水質調節的作用。鋼砼結構，地上2.5m，地下3.5m。
（3）沉淀池。尺寸為28.85m×3.5m×6m，設計停留時間11.5h，鋼砼結構，地上2.5m，地下3.5m。（4）缺氧池。尺寸為4.5m×17m×6m，設計停留時間8h，對角線的位置設有兩個潛水攪拌器，鋼砼結構，地上2.5m，地下3.5m。
（5）好氧池。并排4格，單池尺寸為11m×2.85m×6m，曝氣使DO維持在2～4mg/L，鋼砼結構，地上2.5m，地下3.5m。
（6）MBR池。4個，連接在好氧池末端，單池尺寸為8m×2.85m×3.4m，曝氣使DO維持在2～4mg/L，鋼砼結構，地上2.5m，地下0.9m。（7）MBR膜組件。采用PVDF簾式中空膜組件，總面積為6000m2。
（8）好氧池風機。2個，1用1備，設計風量為20m3/min。
（9）MBR電磁閥、真空罐及自吸泵。設4個電磁閥、2個水環式真空泵及4個自吸泵，通過自控系統控制電磁閥、真空泵及自吸泵的啟閉，實現每個MBR池每出水4min后停12min繼續出水。自吸泵Q≥15m3/h，H≥10m，根據真空罐內的液位控制自吸泵開啟數量。
（10）硝化液回流泵。2個，1用1備。Q≥100m3/h，H≥15m。進水管由MBR池底接出，通過調節出水管閥門調節回流比，正常運行中回流比設為200%。
（11）污泥回流泵。2個，可同時開啟。Q≥10m3/h，H≥10m。
（12）自動控制系統。1套，可設置為全自動模式及手動模式，用于控制MBR池的出水。
3系統調試運行
3.1系統的啟動及調試
本工程于2011年3月建成并開始調試，由于厭氧池調試耗時較長，整個調試過程持續近8個月。生化系統調試首先進行污泥培養，種泥來自附近一個市政污水廠。養泥過程中硝化液回流系統及曝氣系統正常開啟，使缺氧池和好氧池中污泥形成循環，每日監測MBR池中的MLSS、SVI、COD、氨氮、總磷等指標，于缺氧池中投加葡萄糖、尿素和磷酸二氫鉀使COD、氨氮、總磷分別補充到400、20、4mg/L。由于條件適宜，養泥過程中污泥量增加很快。連續運行兩周后開始馴化，此時MBR池中MLSS達到3000mg/L，SV30已達到約25%，SVI為85mL/g，沉降污泥絮體呈淡黃色，污泥的各項指標均達到比較好的狀態。馴化開始后逐步將化學處理部分的出水導入厭氧池，并通過厭氧池進入缺氧池中，在進水的同時開啟MBR的出水裝置，保證每日進出水量平衡，以維持池中水量的穩定。馴化過程中每日監測4次進水中重金屬含量，確保進水重金屬含量符合設計要求，以保障生化系統的安全運行。每日監測MBR池中MLSS、SVI、COD、氨氮、總磷等指標以及出水的COD、氨氮、總磷含量，通過出水水質情況來考察活性污泥對污水的適應性。同時繼續于缺氧池中投加葡萄糖補充COD，而不再補充N、P。考慮到正常運行時的進水水質情況及控制成本，葡萄糖投加量控制在使COD補充到300mg/L。
從養泥開始到完成馴化MBR池內MLSS變化情況如圖2所示。
圖2MBR池內MLSS隨時間變化情況
由圖2可見，馴化開始后MBR池內MLSS增速放慢，趨于停滯，隨后又有一定的下降，說明池內的部分微生物因為不適應處理水質遭到淘汰，一段時間后又呈穩定緩慢上升趨勢，并最終穩定在3500mg/L左右，說明此時基本完成馴化。
在保證活性污泥性狀及出水水質穩定的前提下，經過了大約30d完成馴化，此時停止人工投加營養物。馴化初期MBR出水水質尚可，COD達標，氨氮和總磷超標。隨著馴化的繼續進行，出水氨氮仍然偏高，甚至比馴化初期更高一些，而總磷有一定程度的降低。分析原因可能是：
（1）由于硝化細菌的生長周期較長，此時還未大量增殖，池內硝化作用強度不夠，從而導致氨氮去除速率慢。
（2）馴化初期進的工業污水較少，經過稀釋后對活性污泥微生物的毒性大大降低。但是隨著馴化過程的繼續，工業污水進水比例增加，池中重金屬的積累使得部分微生物無法適應而遭淘汰，其中可能包含具有硝化功能的微生物，使得活性污泥的硝化能力降低，出水氨氮高。
（3）工業污水的引入所造成的沖擊使得池內微生物總量減少，且污泥活性有一定降低，生物增長速度放慢，對N、P等的需求自然也就降低，從而使得出水的氨氮和總磷含量偏高。馴化階段MBR出水的COD、氨氮、總磷變化情況如圖3所示。
圖3馴化階段MBR出水COD、氨氮、總磷變化情況
由圖3可見，到馴化后期，隨著活性污泥微生物逐漸適應水質，污泥量有所增加，MBR出水的各項指標也趨于正常，基本達到排放標準要求。好氧池馴化完成后開始逐步將部分回流硝化液分流至厭氧池前端，開啟沉淀池污泥回流系統，開始厭氧污泥的培養馴化過程，此過程持續近6個月后整個生化系統開始進入正常運行階段。整個調試過程均未排泥，到調試末期污泥穩定在3500mg/L左右，相對于處理市政污水的MBR，其污泥濃度不高，分析原因是由于進水含有微量重金屬，含鹽量較高，COD本身較低，不利于反應器內污泥濃度的提高，然而從出水效果來看，低負荷運行狀態的MBR出水水質仍然很好。
3.2工藝運行效果
厭氧池開始調試后即每天對生化系統進出水進行日常水質監測。運行中控制好進水水質在設計范圍內，DO控制為2～4mg/L，硝化液回流比200%，MLSS穩定在3500mg/L左右。從監測結果來看，系統出水水質良好、運行穩定、抗沖擊負荷能力較強，經本工藝處理后出水水質達到甚至優于《電鍍污染物排放標準》（發布稿）（GB21900—2008）中的要求。隨著厭氧池調試進程的推進，出水水質有進一步提高，具體進出水水質情況如表2所示。
4工程投資與運行費用
本工程總投資550萬元，其中MBR膜組件費用為85萬元。化學預處理部分運行費用如下：藥劑費2.08元/m3，電費1.80元/m3，人工費0.36元/m3，折舊及設備維護費0.30元/m3；生化部分運行費用如下：電費1.20元/m3，折舊及設備維護費1.16元/m3，總運行費用為6.9元/m3。
5結論
（1）采用傳統化學沉淀法和A2/O-MBR相結合的工藝處理電鍍廢水效果好，在生化段進水COD250～350mg/L，氨氮45～60mg/L，總磷2.0～3.0mg/L，總銅、總鎳、總鋅均低于0.5mg/L，DO控制為2～4mg/L，硝化液回流比200%，MLSS在3500mg/L左右的運行條件下，MBR出水水質良好且穩定，達到《電鍍污染物排放標準》（發布稿）（GB21900—2008）中的排放要求。
（2）由于電鍍污水水質的特殊性，A2/O-MBR進水含有微量重金屬，鹽度較高，COD較低，本工藝正常運行狀態的污泥質量濃度相對不高，穩定在3500mg/L左右，但這并沒有對處理效果產生不利影響。整個處理系統具有較強的抗沖擊負荷能力，MBR的使用對于出水水質的提高具有重要的作用。
（3）電鍍廢水中所含重金屬等有毒物質對活性污泥毒害很大，因此需要在生化系統之前采用傳統化學沉淀法對廢水進行預處理，使其對活性污泥的毒害降到最低。
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