MBR工艺深度处理印刷电路板废水的研究

聂 凯，黄伊丕，潘涌璋，叶林顺

（暨南大学环境工程系, 广东省普通高校水土环境毒害性污染物防治与生物修复重点实验室, 广东 广州510632）

中国是世界上最大的印刷线路板生产基地，经过多年的发展，印刷线路板废水的治理得到长足的进步，但仍有部分废水由于互相混合反应，有机物和铜、锰、镍等重金属离子等原因，存在处理难度大、设备复杂，处理成本高等问题，甚至会破坏处理系统的正常运行[1,2]。

对PCB废水的处理，国内外都进行了较多的研究。国外早在上世纪70年代就开始对其治理方法进行研究一世纪 8O年代美国、日本、欧洲研究和应用了活性炭吸附、离子交换、反渗透膜过滤等工艺治理 PCB废水。上世纪 90年代以来，国内在 PCB废水吸附剂、处理剂、重金属离子捕集剂和微生物菌剂等方面进行了一些研究。由于PCB废水成分复杂，目前国内外主要采用物理化学法或生物法处理该类废水[3]。但是采用混凝、沉淀和过滤等物化法处理此类废水，处理后出水COD浓度仍很高，不能实现达标排放。解决这一问题的传统方法是先将废水进行生物处理，然后送入沉淀池进行泥水分离，这种方法的缺点是占地面积大，而且生化阶段的污泥浓度始终维持在一个较低的水平，从而延长了反应时间，增加了投资成本[4]，这导致真正采用生化处理COD的厂家仅为1/10。因此传统的办法已经不能适应于现代工业的发展[5]，对比传统的方法，膜生物反应器(英文名称为 Membrane bioreactor,缩写为MBR)是将生物反应器和膜分离过程相结合的一种新型工艺,其最大的特点就是采用膜组件代替传统的生物处理的二沉池[6],具有占地面积小，能彻底去除出水中的固体物质，负荷率高等优点，以膜技术的高效分离作用取代二沉池，达到了原来二沉池无法比拟的泥水分离和污泥浓缩效果[7,8]。

本试验以实际物化后的印刷电路板废水为处理对象，探讨不同类型膜生物反应器对印刷电路板废水的处理效果，使出水水质达标，减少排污费用，同时实现经济与环境效益并推动 MBR在工业污水上的广泛应用[9,10]。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

（1）膜组件：陶瓷膜以硅藻土、沸石、海贝壳等为原料，经成型、高温烧结而成。内部和表面含有大量微孔，孔径0.2 μm，表面积436.5 cm2，能滤除99.99%的病原细菌，微孔陶瓷膜具有轻质，高气孔率，耐腐蚀性，孔径分布均匀，过滤精度高，易于再生等特点；中空纤维超滤膜纤维管壁上布满微孔，截留分子量可达10万道尔顿，具有使用过程简单，不需加热，能源节约，低压运行，占地面积小等特点。

（2）微型真空泵：WKA1300-24 V，真空度 75 kPa，抽水速率1 300 mL/min。

（3）增气泵：广东海利集团公司的AC-9904型。

（4）MBR反应器：高265 mm内径150 mm的圆柱型塑料容器。

1.2 工艺流程

工艺流程如图1所示，膜生物反应器有效体积为5 L，底部装有曝气系统。用真空泵控制进出水，经物化处理的印刷电路板废水排入进水池中，由真空泵泵入装有活性污泥的膜生物反应器中，经生化处理后，由真空泵经两种膜组件过滤后排放。其中超滤膜采用分体式，陶瓷膜采用一体式，内置陶瓷膜后实际容积为4.5 L。

1.3 试验用水水质

取自深圳某电路板厂经物化处理后的印刷电路板废水，水质指标见表1。

图1 工艺流程图Fig.1 Schematic of the technological process1进水池Sump；2真空泵Vacuum pump；3膜生物反应器Membrane bioreactor；4陶瓷膜Ceramic Membrane；5曝气系统Aeration system；6超滤膜Ultrafiltration Membrane；7气泵Air pump

1.4 分析方法

CODCr采用重铬酸钾法[11]测定；氨氮采用钠氏试剂分光光度法[11]测定，所用分光光度计是上海精密科学仪器有限公司的 16C14型；浊度用无锡市光明浊度仪厂生产的STZ─A24型浊度仪测定；pH由上海雷磁厂生产的PHS-3C型pH计测定；采用奥林巴斯BX61型光学显微镜观察微生物形态。

2 试验结果与分析

2.1 活性污泥的驯化

接种污泥取自广州某污水处理厂二沉池的回流污泥，新鲜污泥MLSS为6.43 g/L，SV为29。水位控制在满负荷运行水位的4/5，进行间曝培养[12]，每天停止曝气，静沉0.5~1 h，然后加入新鲜污水，根据 m(COD)/m(N)/m(P)=100∶5∶1投加葡萄糖、NH4Cl和 KH2PO4，水量约为反应器容积的 1/5。待活性污泥培养成熟后，再逐步增加印刷电路板废水在混合液中的比例，运行15 d后，镜检发现占优势的微生物是固着型纤毛类原生动物（如轮虫、线虫、红斑瓢体虫等）和菌胶团，如图2所示，并且CODCr和氨氮的去除率分别稳定60%和90%以上，表明活性污泥驯化已经完成。

图2 污泥中的优势微生物Fig.2 The main microorganism in sludge

图3 MBR工艺对COD的去除效果Fig.3 The removal efficiency of COD with MBR process

2.2 CODCr去除效果的比较

水温在25℃，DO值在4～8 mg/L的条件下，系统连续运行 31d，进出水 CODCr变化情况如图 3所示。进水CODCr在191.2 ~270.4 mg/L波动时，MBR反应器的上清液CODCr在100.4～119.6 mg/L之间；陶瓷膜和超滤膜出水CODCr分别在96.4 mg/L和99.2 mg/L以下，且变化幅度小，去除率分别大于59.75%和 57.1%。表明两种膜组件能够有效地去除水中的COD，且运行效果稳定，尽管进水COD存在波动，但系统显示出较强的抗负荷冲击能力。通过比较反应器上清液水质和经膜过滤后水质可知，膜的应用可以确保出水中 CODCr达标，陶瓷膜和超滤膜对CODCr的去除率可以提高15.1%～20.5%。

表1 物化后的印刷电路板废水Table 1 The printed circuit board wastewater treated by physicochemical process

2.3 氨氮去除效果的比较

由图4可知，整个运行阶段，进水氨氮浓度在33.02 ~58.37 mg/L波动时， MBR反应器的上清液、陶瓷膜出水和超滤膜出水氨氮浓度均低于3 mg/L，其去除率分别可达到96.74%、98.42%、99.06%。陶瓷膜和超滤膜出水氨氮平均值为 0.759 mg/L和0.442 mg/L，表明系统除氨氮效果显著，这是由于膜对硝化细菌的拦截作用使其在反应器内不断积累，较长的泥龄为硝化细菌的生长提供了良好条件。杨小丽等[13]采用荧光原位杂交技术( FISH)对不同氨氮浓度的 MBR 系统中微生物种群进行检测，认为进水氨氮浓度不同的 MBR 经过长时间的稳定运行，各自形成了特有的微生物群落结构，氨氧化细菌、硝化细菌与氨氮的去除具有较好的相关性。

2.4 浊度的比较

从图5可知，系统能有效降低浊度，进水浊度在3.71~6.77 NTU范围波动时，陶瓷膜出水浊度可稳定维持在2.02~3.92 NTU，超滤膜出水浊度可稳定维持在0.72~1.91 NTU。

图4 MBR工艺对氨氮的去除效果Fig.4 The removal efficiency of ammonia-nitrogen with MBR process

图5 MBR工艺对浊度的去除效果Fig.5 The removal efficiency of turbidity with MBR process

3 结 论

（1）采用间歇培养和异步驯化的方式可以使活性污泥的驯化时间缩短，易于操作，不会发生污泥膨胀。在驯化后期，工艺对 CODCr和氨氮的去除率可稳定在60%和90%以上。

（2）在进水COD 191.2～270.4 mg/L，氨氮30～50 mg/L，MLSS 6 500 mg/L，DO 4～8 mg/L，反应时间为5 h的条件下，两种膜生物反应器出水COD和氨氮的浓度分别低于99.2 mg/L和0.759 mg/L，达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级排放标准

（3）在进水COD和氨氮浓度波动较大的情况下，出水水质稳定，说明 MBR工艺具有良好的抗冲击负荷能力。

（4）MBR工艺在电镀废水去除处理COD和氨氮的深度领域具有广阔的应用前景。。

［1］游勇,宋少华,郑帅飞.微电解-H2O2-混凝预处理印刷线路板废水的研究[J].重庆科技学院学报, 2011,13(1):120-122.

［2］王芳.印刷电路板行业废水回用处理系统的处理工艺[J].工业水处理,2004,24(3):73-76.

［3］林梓河.印制线路板废水处理的研究进展[J].电镀与环保, 2011,31(1):1-3.

［4］卢玲玲,梁燕芳,曾鸣刚. MBR工艺深度处理线路板废水试验研究[J].中国环保产业, 2008(4):35-37.

［5］M H Al-Malack.Performance of an immersed membrane bioreactor(IMBR)[J].Desalination,2007,214:112-127.

［6］Beaubien A ,Baty M,Jeannot F , et al.Design and operation of anaerobic membrane bioreactors: development of a filtration testing strategy[J].Jounal of Membrane Science,1996,109(2):173-184.

［7］S Adham , Gagliardo P, Boulos L, et al.Feasibility of the membrane bioreactor process for water reclamation[J]. Wat. Sci Tech,2001,43(10):20-32.

［8］Shin H S, Kang S T. Characteristics and fates of soluble microbial pro-ducts in ceramic membrane bioreactor at various sludge retention times[J]. Wat-er Res, 2003,37:121-127.

［9］P Le-Clech, V Chen,T A G Fane.Fouling in membrane bioreactors used in wastewater treatment[J]. J.Membr. Sci., 2006,284:17-53.

［10］K-J H wang, C-S Chan, K-L Tung. Effect of backwash on the performance of submerged membrane filtration[J]. J. Membr. Sci. ,2009,330: 349-356.

［11］国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].第 4版.北京:中国环境科学出版社,2002:276-281;243-248;210-213.

［12］纪轩.废水处理技术问答[M].北京:中国石化出版社. 2003:142-144.

［13］杨小丽，周娜，陈明, 等. FISH 技术解析不同氨氮浓度MBR 中的微生物群落结构[J]. 东南大学学报( 自然科学版),2013,43(2):380-384.