MBR工藝深度處理印刷電路板廢水的研究

聶 凱，黃伊丕，潘涌璋，葉林順

（暨南大學環境工程系, 廣東省普通高校水土環境毒害性污染物防治與生物修復重點實驗室, 廣東 廣州510632）

中國是世界上最大的印刷線路板生產基地，經過多年的發展，印刷線路板廢水的治理得到長足的進步，但仍有部分廢水由于互相混合反應，有機物和銅、錳、鎳等重金屬離子等原因，存在處理難度大、設備復雜，處理成本高等問題，甚至會破壞處理系統的正常運行[1,2]。

對PCB廢水的處理，國內外都進行了較多的研究。國外早在上世紀70年代就開始對其治理方法進行研究一世紀 8O年代美國、日本、歐洲研究和應用了活性炭吸附、離子交換、反滲透膜過濾等工藝治理 PCB廢水。上世紀 90年代以來，國內在 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行了一些研究。由于PCB廢水成分復雜，目前國內外主要采用物理化學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，不能實現達標排放。解決這一問題的傳統方法是先將廢水進行生物處理，然后送入沉淀池進行泥水分離，這種方法的缺點是占地面積大，而且生化階段的污泥濃度始終維持在一個較低的水平，從而延長了反應時間，增加了投資成本[4]，這導致真正采用生化處理COD的廠家僅為1/10。因此傳統的辦法已經不能適應于現代工業的發展[5]，對比傳統的方法，膜生物反應器(英文名稱為 Membrane bioreactor,縮寫為MBR)是將生物反應器和膜分離過程相結合的一種新型工藝,其最大的特點就是采用膜組件代替傳統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，負荷率高等優點，以膜技術的高效分離作用取代二沉池，達到了原來二沉池無法比擬的泥水分離和污泥濃縮效果[7,8]。

本試驗以實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器對印刷電路板廢水的處理效果，使出水水質達標，減少排污費用，同時實現經濟與環境效益并推動 MBR在工業污水上的廣泛應用[9,10]。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

（1）膜組件：陶瓷膜以硅藻土、沸石、海貝殼等為原料，經成型、高溫燒結而成。內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%的病原細菌，微孔陶瓷膜具有輕質，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；中空纖維超濾膜纖維管壁上布滿微孔，截留分子量可達10萬道爾頓，具有使用過程簡單，不需加熱，能源節約，低壓運行，占地面積小等特點。

（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：廣東海利集團公司的AC-9904型。

（4）MBR反應器：高265 mm內徑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，膜生物反應器有效體積為5 L，底部裝有曝氣系統。用真空泵控制進出水，經物化處理的印刷電路板廢水排入進水池中，由真空泵泵入裝有活性污泥的膜生物反應器中，經生化處理后，由真空泵經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，內置陶瓷膜后實際容積為4.5 L。

1.3 試驗用水水質

取自深圳某電路板廠經物化處理后的印刷電路板廢水，水質指標見表1。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Schematic of the technological process1進水池Sump；2真空泵Vacuum pump；3膜生物反應器Membrane bioreactor；4陶瓷膜Ceramic Membrane；5曝氣系統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，所用分光光度計是上海精密科學儀器有限公司的 16C14型；濁度用無錫市光明濁度儀廠生產的STZ─A24型濁度儀測定；pH由上海雷磁廠生產的PHS-3C型pH計測定；采用奧林巴斯BX61型光學顯微鏡觀察微生物形態。

2 試驗結果與分析

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。水位控制在滿負荷運行水位的4/5，進行間曝培養[12]，每天停止曝氣，靜沉0.5~1 h，然后加入新鮮污水，根據 m(COD)/m(N)/m(P)=100∶5∶1投加葡萄糖、NH4Cl和 KH2PO4，水量約為反應器容積的 1/5。待活性污泥培養成熟后，再逐步增加印刷電路板廢水在混合液中的比例，運行15 d后，鏡檢發現占優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，如圖2所示，并且CODCr和氨氮的去除率分別穩定60%和90%以上，表明活性污泥馴化已經完成。

圖2 污泥中的優勢微生物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，系統連續運行 31d，進出水 CODCr變化情況如圖 3所示。進水CODCr在191.2 ~270.4 mg/L波動時，MBR反應器的上清液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，且運行效果穩定，盡管進水COD存在波動，但系統顯示出較強的抗負荷沖擊能力。通過比較反應器上清液水質和經膜過濾后水質可知，膜的應用可以確保出水中 CODCr達標，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，整個運行階段，進水氨氮濃度在33.02 ~58.37 mg/L波動時， MBR反應器的上清液、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，表明系統除氨氮效果顯著，這是由于膜對硝化細菌的攔截作用使其在反應器內不斷積累，較長的泥齡為硝化細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( FISH)對不同氨氮濃度的 MBR 系統中微生物種群進行檢測，認為進水氨氮濃度不同的 MBR 經過長時間的穩定運行，各自形成了特有的微生物群落結構，氨氧化細菌、硝化細菌與氨氮的去除具有較好的相關性。

2.4 濁度的比較

從圖5可知，系統能有效降低濁度，進水濁度在3.71~6.77 NTU范圍波動時，陶瓷膜出水濁度可穩定維持在2.02~3.92 NTU，超濾膜出水濁度可穩定維持在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 論

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

（2）在進水COD 191.2～270.4 mg/L，氨氮30～50 mg/L，MLSS 6 500 mg/L，DO 4～8 mg/L，反應時間為5 h的條件下，兩種膜生物反應器出水COD和氨氮的濃度分別低于99.2 mg/L和0.759 mg/L，達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的一級排放標準

（3）在進水COD和氨氮濃度波動較大的情況下，出水水質穩定，說明 MBR工藝具有良好的抗沖擊負荷能力。

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

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