MBR处理电镀废水的工艺研究
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膜生物反应器处理电镀废水的工艺研究
江南大学
2010年6月21日
目录
1、概述 (2)
2、实验部分 (2)
2.1 实验装臵 (2)
2.2 运行条件 (3)
2.3 测试项目及方法 (3)
3、实验结果与分析 (3)
3.1 MBR中污泥浓度的变化情况 (3)
3.2 MBR对COD的去除情况 (3)
3.3 MBR对NH4+-N的去除情况 (4)
3.4 MBR对总磷的去除情况 (5)
3.5 MBR对金属离子的去除情况 (6)
4、结论 (6)
附表 (7)
1、概述
电镀行业是当今全球三大污染工业之一，电镀废水中含有重金属离子或氰化物等，有些属于致癌、致畸、致突变的剧毒物质，对人类健康危害极大，需认真加以治理。
电镀废水的常规处理技术主要有化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法、电解法等。
同时，近年来生物法、铁氧体法、膜分离技术、溶剂萃取法、吸附法等新技术也得到了越来越多的研究和应用。
鉴于化学法和物化法一般只适用于重金属离子浓度较高的情况，一些学者开始将注意力转向利用生物处理技术来处理低浓度重金属离子废水，并取得了一定的成果。
膜生物反应器(Membrane Bio-reactor, MBR)是由生物处理系统和膜分离组合而成的一种新型高效的废水处理与资源化工艺。
这种工艺具有许多优点，如能高效地进行固液分离，得到可以直接回用的稳定出水；可在生物反应池内维持高浓度的微生物量，提高处理装臵的容积负荷，因而可以缩小反应器体积，节省占地面积；剩余污泥产量低，运行管理简单等。
近几年膜生物反应器技术迅速发展，已应用于各种废水处理，包括难降解工业废水的处理。
本文中采用MBR处理电镀废水，通过测定COD、NH4+-N、总磷（TP）、总氮（TN）、硝氮（NO3--N）等指标来评价其处理效果，据此，考察MBR工艺处理带浓度废水的可行性。
2、实验部分
2.1 实验装臵
实验装臵如图1 所示，为一体式MBR。
膜组件为天津膜天膜工程技术有限公司生产的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜，膜孔径为0.2 μm，纤维内径为0.65 mm，外径为1.0 mm，膜面积为2 m2。
反应器主体为矩形有机玻璃容器制成，截面积为0.30 m×0.50 m×0.70 m，有效容积为80 L。
整个反应器为全自动控制，反应器内的水位由液位器控制，生物反应器内经过生物处理的污水负压抽吸至中空纤维膜内，由出水管排出。
图1 MBR实验装臵
1－进水桶；2－进水泵；3－反应器自动控制柜；4－生物反应器；
5－曝气泵；6－微孔曝气管；7－出水泵；8－出水；9－液位器；10－中空纤维膜2.2 MBR的运行条件
实验所用污泥为江苏省无锡市芦村污水处理厂的剩余污泥，水力停留时间为12～16 h，试验期间不排泥，水中溶解氧维持在2~3 mg/L，系统运行采用恒通量操作模式，通量为2.5～3.0 L/(m2·h)(本文中除特殊说明外，所指通量均为瞬时通量)。
当通量小于该范围时，则应清洗膜组件。
定期检测进出水的COD、NH4+-N 等污染物指标。
2.3 测试项目及方法
COD、氨氮、总磷、MLVSS、MLSS及pH等均采用国家标准方法测定。
金属离子浓度采用原子吸收法。
3、实验结果与分析
3.1 MBR中污泥浓度的变化
在MBR运行的前一个星期，由于pH值控制不当(运行的前8 d，反应器中pH 值在5～6)，不适于微生物生长及新陈代谢活动，导致反应器中活性污泥浓度急剧下降，后经过调整并稳定pH值，污泥浓度恢复到3 g/L左右，并保持稳定。
3.2 MBR对COD的去除情况
电镀厂的高COD废水主要来源于前处理除蜡、化学除油、电解除油的漂洗水和废液，而影响前处理漂洗水和废液COD含量的主要因素有：(1)漂洗水和废
液中被皂化、乳化或悬浮于液面的油污、蜡油，以及沉淀于槽底的蜡垢；(2)除蜡水、化学除油粉、电解除油粉中的表面活性剂、有机缓蚀剂和有机配位剂。
图2 MBR中污泥浓度的变化情况
图3为系统中COD变化情况及COD的去除效果。
从图中可以看出，系统对COD的去除率在前8 d较低，第8 d时仅为70%，但出水中COD浓度仍在100 mg/L以下，调整系统pH值后，去除率逐步上升到90%，出水COD浓度稳定在50 mg/L以下。
可见，膜对系统的稳定出水起到了重要作用，弥补了生物反应池处理性能的不稳定，提高了系统的整体抗冲击负荷能力，使COD去除率保持在较高水平。
图3 MBR对COD的去除情况
3.3 MBR对NH4+-N的去除情况
图4为MBR对NH4+-N的去除效果，可以看到，前九天，氨氮几乎没有去除，从第十天开始，NH4+-N的去除率开始上升，出水中氨氮在5 mg/L以下。
这是由于参与硝化过程的微生物主要为硝化细菌，硝化细菌的世代时间较长，因此需要比较长的污泥龄，而膜的截留作用，使得污泥停留时间很长，有利于世代生长周期较长的硝化菌的生长、富集。
图4 MBR对NH4+-N的去除情况
3.4 MBR对总磷的去除效果
图5给出了MBR对磷的去除情况。
结果表明，MBR的除磷效果不明显。
由生物除磷机理可知，生物除磷需要缺（厌）氧、好氧交替的环境。
原则上，MBR工艺为好氧环境，不能够使菌胶团形成表面好氧、内部缺氧甚至厌氧的微环境，即使在MBR中污泥浓度较高的情况下，提供的缺（厌）氧环境也不够充分，导致厌氧菌难以生长。
MBR中磷的去除尚需依赖化学除磷或适当排泥实现。
图5 MBR对总磷的去除情况
3.5 MBR对金属离子的去除情况
表1是MBR对金属离子去除的情况。
MBR对金属离子有一定的去除率，但不同金属离子，去除率存在差异，总体情况不甚良好，也难以长期维系较高的去除率。
MBR对金属离子的去除是利用污泥中微生物及污泥本身的化学结构及成分特性吸附并去除废水中的金属离子，或利用细菌在生长过程中释放的胞外蛋白，使溶液中可溶性的重金属离子转化为沉淀物而去除。
由于MBR系统排泥较少，其去除效果难以提高。
表1 MBR对金属离子的去除情况
4、结论
(1)MBR对COD、NH4+-N的去除效率高，出水COD在50 mg/L以下，出水氨氮在5 mg/L以下，达到了GB21900-2008中表3的要求。
(2)固液分离效果好。
MBR完全依靠膜组件的截留作用，实现泥水分离的目的。
膜组件的孔径很小，可将全部的悬浮物和污泥截留下来，出水的悬浮物浓度为0 mg/L。
(3)MBR中，水力停留时间与污泥停留时间是完全分开的，这样就可以使生长缓慢、世代时间较长的微生物也能在反应器中生存下来，保证了膜生物反应器除具有降解去除有机物的作用外，还具有良好的硝化作用。
(4)由于反应器中污泥负荷低，使得剩余污泥的产生量少，这就大大降低了污泥处臵困难的问题，节省了污泥处理的费用。
(5)抗冲击负荷能力强，出水水质比较稳定。
附表：GB21900-2008 表3。
