上海市莘庄工业区某涂料生产企业生产过程中排出的废水主要是反应罐和生产设备的清洗液,其污染物主要成分是各种水溶性涂料、溶剂、清洗液和填料。废水的水质状况为:COD≤1500mg/L,BOD5≤500mg/L,SS≤1000mg/L,pH值6～9。

1、工艺设计

1.1、工艺选择

根据涂料废水的特性,即涂料是难以生化的污染物,可以采用物化处理;而水溶性溶剂是难以物化分离的材料,可以生化处理。因而,选择混凝过滤作为预处理工艺,生化法采用处理效果好、自动化程度高的膜生物反应器工艺。

1.2、工艺流程

工艺流程见图1。

原水首先进入调节池,调节池为混凝土结构,有效容积20m3,能够容纳一天的水量,其作用是均衡进水的水量和水质,特别是控制污染物的均衡。混凝曝气池和调节池合建,底部连通,原水在混凝曝气池中加药混凝并曝气,用NaOH调pH值后,通过水泵输送入过滤器(过滤器下进水、上出水,升流式运行,滤料为Φ2mm的聚苯乙烯球)。经过滤器过滤后,SS基本完全去除。物化处理后,废水的可生化性提高,依靠重力作用流入膜生物反应器(膜生物反应器系统由中空纤维膜组件、曝气系统、出水收集系统和自动控制箱组成),经活性污泥曝气生化处理后,借助重力出水,实现固液分离。调节池、过滤器和膜生物反应器的污泥全部排至污泥砂滤池,污泥砂滤池为混凝土结构,有效容积6m3。主要构筑物尺寸见表1,主要设计运行参数见表2。

2、结果与讨论

2.1、混凝过滤的运行结果

混凝过滤的主要作用在于去除SS,同时提高废水的可生化性,为膜生物反应器的稳定、高效运行创造条件。运行结果表明,混凝过滤系统运行效果良好,当原水COD为1395mg/L,SS为760mg/L时,混凝过滤出水的COD、SS分别为1014mg/L、113mg/L(相应的去除率分别为27%和85%)。此外,当原水水质变化较大时,混凝过滤系统仍能稳定运行,对有机物仍有一定的去除能力(去除率在20%以上),对SS仍有较好的去除效果(去除率在82%以上),这为膜生物反应器的稳定高效运行创造了条件。

运行一段时间后,过滤器的运行效果下降,需要进行反冲洗。实际采用的是空气反冲洗,反冲洗周期由管理人员根据运行的实际情况来确定。

2.2、膜生物反应器的启动与运行

2.2.1、膜生物反应器的运行

工程启动时,首先向生物反应池中投加取自上海市某城市污水处理厂二沉池的回流污泥,闷曝4d后,污泥浓度达到1.7g/L,再开始小流量进水和出水并逐渐加大进、出水量。

2.2.2、膜组件的运行

采用的膜组件为聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维帘式膜组件,膜孔径0.2μm,内/外径为0.65/1.0mm,总膜表面积100m2(8个FP-AI膜组件)。膜组件悬挂安装,以便于拆卸清洗,每个膜组件下都设有微孔曝气管,这样,送入的大量空气既起到了供氧、搅拌的作用,同时向上的混合液还在膜表面产生足够的向上的剪切应力,有效的去除膜表面的沉积物,提高膜的抗污染能力,使膜能长期稳定地保持一定的膜通量。

根据桂萍等的膜生物反应器运行条件对膜过滤特性的影响研究,确定该膜生物反应器运行10min、停5min,间歇运行。出水方式为重力出水,这样,不但减少设备、降低投资,而且减轻了运行中的设备维护负担、减少了可能的设备故障对系统运行的影响。

2.2.3、对COD的去除

图2为膜生物反应器进、出水COD及COD去除率变化曲线。

由图2可知,膜生物反应器对COD具有良好的去除效果(平均去除率为91%),且进水COD浓度的波动对出水水质影响不大,这表明膜生物反应器具有较强的抗负荷冲击能力。

膜生物反应器去除有机物主要依赖于生物反应器,膜分离则直接或间接地起到了强化作用,直接作用体现在对生物反应器出水有一定的截留作用,并在污泥特性发生变化的情况下,保证了出水的稳定性;间接作用体现在由于膜分离富集了污泥浓度,导致了污泥浓度升高,污泥负荷下降,从而保证了系统最终处理的高效性。

2.2.4、对SS的去除

运行结果表明,当膜生物反应器的进水SS为110mg/L时,出水SS为12mg/L(去除率为89%)。分析认为,膜生物反应器对SS具有良好的去除效果主要是因为膜的高效截留作用带来的出色的泥水分离效果。

2.2.5、污泥的沉降性对出水的影响

运行中发现,生物反应池中污泥的沉降性能变化很大,活性污泥的SV30为30%～95%。传统的活性污泥工艺中,沉降性能变差将直接导致出水水质变差,而膜生物反应器因为是利用膜进行分离,所以无论沉降性能好坏都能将污泥完全截留在反应池中,使系统能够正常出水。

2.2.6、膜组件的清洗

运行120d后发现,膜生物反应器的出水量很小且衰减很快,基本上不宜再继续运行,此时应该对膜采取清洗措施。

清洗前将膜组件从反应池中取出,放入清洗槽内。先用清水将膜表面的沉积污泥冲洗干净,然后用1%NaOH+2.5%NaOC1溶液浸泡6h,发现浸泡时,膜的颜色由灰白色变为淡红色,同时膜孔内有部分物质向溶液渗出,这说明堵塞在膜孔内的污染物已被清洗出,再用1%的硫酸溶液浸泡4h,发现膜的颜色又从原来的淡红色变为乳白色。清洗后膜通量恢复状况良好,可以过到新膜的膜通量的96%。

2.3、污泥处理

该废水处理系统的污泥主要来自调节池的沉淀污泥、过滤器排放的污泥以及生物反应池排放的剩余污泥。每天排放的湿污泥总量约为160kg,若采用机械脱水设备,既占用空间,又增加人工维护,加大了管理难度。实际采用的是砂石滤池自然渗透法脱水干化,然后定期清理污泥,渗透水进入调节池。。

3、结　　论

①混凝过滤作为膜生物反应器的预处理工艺,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),减轻了膜生物反应器对SS处理的负荷,还提高了废水的可生化性,为膜生物反应器的运行创造了良好的条件;而对过滤器而言,空气反冲洗是一种行之有效的方法。

②膜生物反应器对经混凝过滤预处理后的出水中的COD和SS有较好的去除效果,对COD的平均去除率为91%,出水COD<94mg/L,对SS的平均去除率为85%以上,出水SS出水<14mg/L,出水水质达到了上海市《污水综合排放标准》(DB31/199-1997)的要求。

③尽管生物反应池中活性污泥的SV30变化很大(在30%～95%之间)但是膜生物反应器仍能够正常出水,表明膜生物反应器具有出色的固液分离效果。

④膜的清洗是膜生物反应器运行不可缺少的一个环节,只有适当清洗膜组件,才可能使系统稳定运行,保持稳定的膜通量和良好的出水水质。用1%NaOH+2.5%NaOC1溶液浸泡膜组件(时间为6h),然后用1%的硫酸溶液浸泡(时间为4h),结果表明膜通量恢复情况良好(达到新膜的膜通量的96%),同时能维持较长时间,其唯一的缺点是操作麻烦。

⑤运行结果表明,采用污泥砂滤池是处理少量污泥的非常实用的脱水干化设施,脱水效果好,同时还减少了废水处理系统的设备、节省投资,减少了人工维护。