陶瓷平板膜MBR技術在印鈔廢水中的中試應用

趙成根, 李根利, 張 程, 游 慶, 袁世輝

(1.河北省生態環境監測中心，河北 石家莊 050030； 2.中鈔長城貴金屬有限公司，四川 成都 611130)

印鈔廢水是一種較難處理的有機工業廢水，色度大，顏色深，且可生化性差[1]。印鈔廠綜合廢水主要包括擦版廢液、造紙白水和日常生活污水三部分[2]。擦版廢液排放量小，成分復雜，含有油墨、有機溶劑等污染物。造紙白水產生量較大，主要成分是含細小植物纖維的有機物，以及部分化學藥劑。印鈔廢水處理工藝主要為化學預處理、生物處理和深度處理等三個階段。化學預處理階段主要去除水中膠體、重金屬等物質，為后續處理提供良好的生物生長條件。生物處理階段是利用微生物自身的代謝功能降解水中的污染物。深度處理階段主要是去除對環境有害、生化性差的物質，出水滿足回用水的標準要求。對印鈔廢水處理工藝的相關研究已很多。金建華等[3]研究發現，利用水解酸化-生物接觸氧化法處理印鈔廢水和廠區內生活污水混合廢水時，可有效改善廢水的可生化性，出水達到《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)一級標準要求。胡志華[4]研究發現，采用膜生物反應器(Membrance Bio-Reactor,MBR)工藝處理印鈔廢水脫氮除磷的效果較好，化學需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)去除率達到85%以上。何霄嘉等[5]通過對擦板廢液超濾濃縮液離心出水原有工藝改進發現，增加Fenton氧化—混凝工藝可以將可生化性提高1.6倍，COD去除率接近80%。

目前，成都印鈔有限公司廢水處理站采用化學預處理+生物處理的方式對印鈔廠內綜合廢水進行處理，處理后的部分廢水回用于廠區，其余廢水排入市政污水管網。回用水采用中空纖維有機膜MBR技術處理，但由于廢水中含有大量的植物纖維，引起中空纖維膜纏繞，出現斷絲、堵塞、膜通量降低、使用壽命縮短等實際問題。鑒于此，本文采用陶瓷平板膜MBR技術處理該廠區印鈔廠綜合廢水，結合陶瓷平板膜高通量、清洗周期短、壽命長、機械強度高、耐酸堿等特點，考察陶瓷平板膜MBR工藝穩定運行能力及對污染物的去除效果，為陶瓷平板膜MBR技術高效處理該類廢水，以達到回用要求提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 中試裝置

此次試驗中試裝置為一體化可移動的廢水處理裝置，可實現整體運輸，便于安裝。材質為碳鋼結構，尺寸為6.2 m × 2.4 m × 3.6 m，處理規模為200 m3/d，主要包括MBR反應池、污泥池、過濾水槽、進水系統、曝氣系統、加藥系統、反洗系統、PLC控制系統等，處理工藝流程如圖1所示。

圖1 中試實驗工藝流程

試驗采用的膜組件為某企業新型陶瓷平板膜，性能如表1所示，膜片400片，共200 m2。

表1 陶瓷平板膜組件性能

1.2 進水水質

印鈔廢水處理站處理工藝流程見圖2。

圖2 印鈔廢水處理站工藝流程

本實驗陶瓷平板膜MBR反應池進水為印鈔廢水處理站CASS池進水，水質指標如表2所示。

表2 MBR反應池進水水質

1.3 試驗方法

中試過程中MBR采取恒定膜通量運行模式，膜通量保持0.42 m3/(m2·d)；運行方式為膜抽吸540 s，反沖洗60 s，反沖洗流量是抽吸流量的2倍(2Q)；鼓風機曝氣流量為59.5 m3/h。

通過測定MBR池出水水質中COD、NH3-N、濁度指標，驗證陶瓷平板膜MBR工藝在印鈔廢水處理中的應用效果。同時通過觀察跨膜壓差(Trans-Membrance Pressure,TMP)變化情況，確定陶瓷平板膜在線化學清洗周期等參數。

1.4 數據分析方法

COD采用《水質化學需氧量的測定 快速消解分光光度法》(HJ/T 399—2007)方法檢測；氨氮采用《水質氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》(HJ 535—2009)方法檢測；濁度采用《水和廢水監測分析方法(第四版 增補版)》中便攜式濁度計法檢測；膜通量通過流量計和膜面積計算得出；跨膜壓差采用真空表測定。

2 結果與討論

2.1 對COD的去除效果

圖3是陶瓷平板膜MBR工藝對COD的去除效果。從圖中可以看出，經過28 d的穩定運行，在MBR池進水COD濃度為47～436 mg/L的條件下，陶瓷平板膜MBR工藝出水COD濃度基本維持在30 mg/L以下，去除率達到60%以上，滿足廠區回用水要求(<30 mg/L)。出水水質受進水濃度影響較小，抗沖擊能力強，出水穩定。

圖3 陶瓷平板膜MBR工藝對COD的去除效果

2.2 對NH3-N的去除效果

圖4是陶瓷平板膜MBR工藝對NH3-N的去除效果。從圖中可以看出，經過28 d的穩定運行，在MBR池進水NH3-N濃度在1.080～6.360 mg/L條件下，陶瓷平板膜MBR工藝出水NH3-N濃度基本維持在0.50 mg/L以下，去除率達到80%以上。出水水質受進水濃度影響較小，抗沖擊能力強，出水穩定。

圖4 陶瓷平板膜MBR工藝對NH3-N的去除效果

2.3 對濁度的去除效果

圖5是陶瓷平板膜MBR工藝對濁度的去除效果。從圖中可以看出，在MBR池進水濁度在4.1～11.4NTU條件下，陶瓷平板膜MBR工藝出水濁度在0.15～0.26NTU之間，去除率達到94%以上，去除效率高，出水穩定。陶瓷平板膜膜平均孔徑為0.1 μm，能夠有效截留顆粒物，確保出水水質清澈透明。

圖5 陶瓷平板膜MBR工藝對濁度的去除效果

2.4 跨膜壓差變化分析

跨膜壓差的變化主要是由膜污染引起的。陶瓷膜的污染主要來自三個方面：一是陶瓷平板膜的物理化學性質；二是濃差極化；三是過濾液的構成。陶瓷平板膜的屬性會對濃差極化產生一定的影響，同時過濾液的溫度、濃度等也會加速膜的污染，從而導致跨膜壓差的上升。

本研究通過對陶瓷平板膜通量、抽吸/反沖洗時間及流量、曝氣量等參數的設置，獲得了陶瓷平板膜MBR技術在印鈔廢水中有效的穩定運行參數。當膜通量保持0.42 m3/(m2·d)，運行方式為膜抽吸540 s，反沖洗60 s，反沖洗流量是抽吸流量的2倍(2Q)，鼓風機曝氣流量為59.5 m3/h，在線清洗藥劑為0.1%的次氯酸鈉溶液條件下，陶瓷平板膜MBR技術運行比較穩定，跨膜壓差如圖6所示。

圖6 陶瓷平板膜跨膜壓差隨運行時間的變化

由圖6可以看出，穩定運行初期前8天內，陶瓷平板膜跨膜壓差在-3.5～-5.0 kPa之間，處于較低水平，可能是因為此段時間內，膜片吸附截留的微粒粒徑大于膜片孔徑，在曝氣沖刷的作用下，去除膜片表面的污染物，TMP幾乎無變化；從第9天開始，跨膜壓差逐漸躍升至-14 kPa，膜污染隨著運行時間逐漸加重，這說明料液中小于孔徑的污染物被逐漸吸附，沉積于膜表面，堵塞膜孔。之后保持穩定運行8天，跨膜壓差基本無變化，保持在-11 kPa。第21天跨膜壓差上升至-16 kPa，使用0.1%次氯酸鈉溶液進行了在線化學清洗，清洗后跨膜壓差恢復至-11 kPa，隨后在膜通量保持恒定的條件下，跨膜壓差出現緩慢上升的現象。在設定跨膜壓差達到-15 kPa時在線清洗的條件下，可以穩定運行16天；在設定跨膜壓差達到-20 kPa時離線清洗的條件下，可以穩定運行37天。

3 結論

在印鈔廢水中，陶瓷平板膜MBR技術抗沖擊能力強，出水水質穩定，在COD進水濃度在47～436 mg/L條件下，出水基本穩定在30 mg/L以下，NH3-N的去除率達到80%以上，出水濁度小于0.26NTU，去除效率達到94%以上，滿足廠區回用水要求。保持恒定膜通量0.42 m3/(m2·d)，540 s(抽吸)/60 s(反沖洗，2Q)，曝氣流量為59.5 m3/h的條件下，在線化學清洗的周期為16天，離線化學清洗的時間為37天，因此在設定的條件下，該工藝適合印鈔廢水處理。