上海市莘莊工業區某涂料生產企業生產過程中排出的廢水主要是反應罐和生產設備的清洗液,其污染物主要成分是各種水溶性涂料、溶劑、清洗液和填料。廢水的水質狀況為:COD≤1500mg/L,BOD5≤500mg/L,SS≤1000mg/L,pH值6~9。

1、工藝設計

1.1、工藝選擇

根據涂料廢水的特性,即涂料是難以生化的污染物,可以采用物化處理;而水溶性溶劑是難以物化分離的材料,可以生化處理。因而,選擇混凝過濾作為預處理工藝,生化法采用處理效果好、自動化程度高的膜生物反應器工藝。

1.2、工藝流程

原水首先進入調節池,調節池為混凝土結構,有效容積20m3,能夠容納一天的水量,其作用是均衡進水的水量和水質,特別是控制污染物的均衡。混凝曝氣池和調節池合建,底部連通,原水在混凝曝氣池中加藥混凝并曝氣,用NaOH調pH值后,通過水泵輸送入過濾器(過濾器下進水、上出水,升流式運行,濾料為Φ2mm的聚苯乙烯球)。經過濾器過濾后,SS基本完全去除。物化處理后,廢水的可生化性提高,依靠重力作用流入膜生物反應器(膜生物反應器系統由中空纖維膜組件、曝氣系統、出水收集系統和自動控制箱組成),經活性污泥曝氣生化處理后,借助重力出水,實現固液分離。調節池、過濾器和膜生物反應器的污泥全部排至污泥砂濾池,污泥砂濾池為混凝土結構,有效容積6m3。主要構筑物尺寸見表1,主要設計運行參數見表2。

2、結果與討論

2.1、混凝過濾的運行結果

混凝過濾的主要作用在于去除SS,同時提高廢水的可生化性,為膜生物反應器的穩定、高效運行創造條件。運行結果表明,混凝過濾系統運行效果良好,當原水COD為1395mg/L,SS為760mg/L時,混凝過濾出水的COD、SS分別為1014mg/L、113mg/L(相應的去除率分別為27%和85%)。此外,當原水水質變化較大時,混凝過濾系統仍能穩定運行,對有機物仍有一定的去除能力(去除率在20%以上),對SS仍有較好的去除效果(去除率在82%以上),這為膜生物反應器的穩定高效運行創造了條件。

運行一段時間后,過濾器的運行效果下降,需要進行反沖洗。實際采用的是空氣反沖洗,反沖洗周期由管理人員根據運行的實際情況來確定。

2.2、膜生物反應器的啟動與運行

2.2.1、膜生物反應器的運行

工程啟動時,首先向生物反應池中投加取自上海市某城市污水處理廠二沉池的回流污泥,悶曝4d后,污泥濃度達到1.7g/L,再開始小流量進水和出水并逐漸加大進、出水量。

2.2.2、膜組件的運行

采用的膜組件為聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維簾式膜組件,膜孔徑0.2μm,內/外徑為0.65/1.0mm,總膜表面積100m2(8個FP-AI膜組件)。膜組件懸掛安裝,以便于拆卸清洗,每個膜組件下都設有微孔曝氣管,這樣,送入的大量空氣既起到了供氧、攪拌的作用,同時向上的混合液還在膜表面產生足夠的向上的剪切應力,有效的去除膜表面的沉積物,提高膜的抗污染能力,使膜能長期穩定地保持一定的膜通量。

根據桂萍等的膜生物反應器運行條件對膜過濾特性的影響研究,確定該膜生物反應器運行10min、停5min,間歇運行。出水方式為重力出水,這樣,不但減少設備、降低投資,而且減輕了運行中的設備維護負擔、減少了可能的設備故障對系統運行的影響。

2.2.3、對COD的去除

,膜生物反應器對COD具有良好的去除效果(平均去除率為91%),且進水COD濃度的波動對出水水質影響不大,這表明膜生物反應器具有較強的抗負荷沖擊能力。

膜生物反應器去除有機物主要依賴于生物反應器,膜分離則直接或間接地起到了強化作用,直接作用體現在對生物反應器出水有一定的截留作用,并在污泥特性發生變化的情況下,保證了出水的穩定性;間接作用體現在由于膜分離富集了污泥濃度,導致了污泥濃度升高,污泥負荷下降,從而保證了系統最終處理的高效性。

2.2.4、對SS的去除

運行結果表明,當膜生物反應器的進水SS為110mg/L時,出水SS為12mg/L(去除率為89%)。分析認為,膜生物反應器對SS具有良好的去除效果主要是因為膜的高效截留作用帶來的出色的泥水分離效果。

2.2.5、污泥的沉降性對出水的影響

運行中發現,生物反應池中污泥的沉降性能變化很大,活性污泥的SV30為30%~95%。傳統的活性污泥工藝中,沉降性能變差將直接導致出水水質變差,而膜生物反應器因為是利用膜進行分離,所以無論沉降性能好壞都能將污泥完全截留在反應池中,使系統能夠正常出水。

2.2.6、膜組件的清洗

運行120d后發現,膜生物反應器的出水量很小且衰減很快,基本上不宜再繼續運行,此時應該對膜采取清洗措施。

清洗前將膜組件從反應池中取出,放入清洗槽內。先用清水將膜表面的沉積污泥沖洗干凈,然后用1%NaOH+2.5%NaOC1溶液浸泡6h,發現浸泡時,膜的顏色由灰白色變為淡紅色,同時膜孔內有部分物質向溶液滲出,這說明堵塞在膜孔內的污染物已被清洗出,再用1%的硫酸溶液浸泡4h,發現膜的顏色又從原來的淡紅色變為乳白色。清洗后膜通量恢復狀況良好,可以過到新膜的膜通量的96%。

2.3、污泥處理

該廢水處理系統的污泥主要來自調節池的沉淀污泥、過濾器排放的污泥以及生物反應池排放的剩余污泥。每天排放的濕污泥總量約為160kg,若采用機械脫水設備,既占用空間,又增加人工維護,加大了管理難度。實際采用的是砂石濾池自然滲透法脫水干化,然后定期清理污泥,滲透水進入調節池。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。

3、結　　論

①混凝過濾作為膜生物反應器的預處理工藝,可部分去除COD(去除率在20%以上),有效去除SS(去除率在82%以上),減輕了膜生物反應器對SS處理的負荷,還提高了廢水的可生化性,為膜生物反應器的運行創造了良好的條件;而對過濾器而言,空氣反沖洗是一種行之有效的方法。

②膜生物反應器對經混凝過濾預處理后的出水中的COD和SS有較好的去除效果,對COD的平均去除率為91%,出水COD<94mg/l,對ss的平均去除率為85%以上,出水ss出水<14mg/l,出水水質達到了上海市《污水綜合排放標準》(db31/199-1997)的要求。

③盡管生物反應池中活性污泥的SV30變化很大(在30%~95%之間)但是膜生物反應器仍能夠正常出水,表明膜生物反應器具有出色的固液分離效果。

④膜的清洗是膜生物反應器運行不可缺少的一個環節,只有適當清洗膜組件,才可能使系統穩定運行,保持穩定的膜通量和良好的出水水質。用1%NaOH+2.5%NaOC1溶液浸泡膜組件(時間為6h),然后用1%的硫酸溶液浸泡(時間為4h),結果表明膜通量恢復情況良好(達到新膜的膜通量的96%),同時能維持較長時間,其唯一的缺點是操作麻煩。

⑤運行結果表明,采用污泥砂濾池是處理少量污泥的非常實用的脫水干化設施,脫水效果好,同時還減少了廢水處理系統的設備、節省投資,減少了人工維護。