[关键词]电絮凝；缺氧；好氧；MBR；

        金属表面处理金属表面处理废水主要来源于电镀废水、阳极氧化废水、前处理废水和电泳涂装废水等工艺[1]。其含有的有害物质非常多，如重金属、酸碱离子等各类物质，这些物质存在较大的危害性，如果不经专业处理，直接排放可能会诱发极为严重的自然生态破坏。同时还含有大量的氮、磷等有害物质，会造成水体的富营养化，破坏水体生态平衡[2]。

       随着东莞加工制造业发展迅速，许多金属表面处理行业企业也应运而生。为了满足《东莞市金属表面处理行业涉水企业综合整治方案》(东环[2020]78 号)要求，促进东莞市有关企业的可持续发展和解决该类废水对环境造成的污染问题。本项目选取东莞市某企业作为金属表面处理行业涉水企业为示范单位进行中试试实验研究。

1 示范企业基本情况介绍企业废水产生来源于：

       (1)研磨清洗废水；(2)前处理废水，包括酸洗、脱脂、表调、磷化等生产工艺产生的废水，涉及的生产原料有除油剂、表调剂、磷化剂、盐酸、脱模剂。为了防止金属表面处理废水的污染，该企业自建“气浮+电絮凝+混凝沉淀+厌氧+好氧+MBR+紫外杀菌”的组合工艺进行处理，企业废水经过废水管排放至废水集水池中，然后通过提升泵提升至气浮池内，经过气浮池除去大部分油脂类污染和SS，然后进入电絮凝反应池内，通过电絮凝主要除去大部分重金属和分解大分子有机物。除去重金属后进行混凝反应，除去COD、氨氮、总磷、总氮、SS；然后流经沉淀池，进入AO生化系统，AO生化系统进一步除去污染物，最后通过MBR膜分离技术处理，最后出水达到回用标准后用于车间生产，处理过程期间不产生浓缩液，产生污泥由专业机构进行处理。但是为了企业的可持续发展和解决该类废水对环境造成的污染问题，本项目拟采用“电絮凝+缺氧+好氧/MBR”工艺对金属表面处理企业综合废水进行深度处理，使处理出水达到广东省《电镀水污染物排放标准》(DB44/1597-2015)珠三角新建项目水污染物排放限值。

2 设计进出水水质

      本项目处理规模：1 t/d，设计进水流量为50 L/h，设计出水流量为80 L/h。本中试研究设计进水为企业综合废水(分质预处理后，pH、重金属已达到排放标准)，参照本项目示范企业的废水污染物排放特征和同类型污水处理站的实际出水水质，确定本试验设计进水水质。中试装置出水执行广东省地方标准《电镀水污染物排放标准》(DB441597-2015)珠三角新建项目水污染物排放限值，《电镀污染物排放标准》(GB21900-2008)新建企业排放限值，《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。具体进、出水水质见表1。

3 处理工艺

        3.1 工艺流程

        中试研究采用化学法与生物法结合处理金属表面处理综合废水，工艺为“电絮凝+缺氧+好氧/MBR”，工艺流程如图1。废水先进入缓冲水罐，保证废水水质水量的稳定，然后进入管式电絮凝反应器，在外电场作用下，阳极失去电子发生氧化反应，阴极获得电子发生还原反应，废水作为电解液，在阳极和阴极分别发生氧化和还原反应，重金属及部分有害物质被去除，大分子有机物分解成小分子，再进入缺氧池及好氧/MBR工艺系统中处理，去除废水中的 COD、氮、总磷等污染物。

       3.2 主要构筑物及设计参数3.2.1 原水罐采用圆形罐，材质为聚乙烯，设计尺寸为直径1.02 m，高1.4 m，有效容积1 m3。配潜水提升泵一台，Q=2.5 m3/h，N=0.37 KW，H=24 m。

        3.2.2 管式电絮凝反应器设备规格L×W×H=2.4×0.8×1.4 m，处理规模1 m3/d，水力停留时间3 h。配48 V可调稳压电源1台，提升泵1台，Q=1.5 m3/h，N=0.25 KW，H=14 m。

        3.2.3 缺氧罐采用圆形罐，材质为聚乙烯，设计尺寸为直径0.83 m，高1.04 m，水力停留时间8 h。配提升泵一台，Q=1.5 m3/h，N=0.25 KW，H=14 m。

         3.2.4 好氧/MBR池设备规格L×W×H=1.33×0.74×2.25 m，水力停留时间33 h，设计出水流量80 L/h，单支膜面积6 m2，共两支，膜通量10 L/(m2·h)。 配MBR出水泵1台，Q=1.5 m3/h，N=0.25 KW，H=14 m。污泥回流泵1台，Q=2 m3/h，N=0.37 KW，H=22 m。提升泵一台，Q=1.5 m3/h，N=0.25 KW，H=14 m。空压机一台，Q=60 m3/h，N=0.37 KW。

        3.2.5 清水罐采用圆形罐，材质为聚乙烯，设计尺寸为直径1.02 m，高1.4 m，有效容积1 m3。配MBR反洗泵1台，Q=1.5 m3/h，N=0.25 KW，H=22 m。

4 分析项目及方法

       COD 采用快速消解分光光度法测定[3]，氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定[4]，总磷采用钼酸铵分光光度法测定[5]，总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定[6]，pH 采用玻璃电极法测定[7]，溶解氧采用电化学探头法测定[8]。

5 试验方法

       5.1 活性污泥初期培养阶段从企业原处理设施的好氧池中接种 10 %的活性污泥，培养方法采用满负荷连续培养和间歇培养，每 3 天检测一次指标(溶解氧、COD、氨氮、总磷)，根据检测的指标分析生化池中的 C、 N、P 的比例，按照 C︰N︰P=100︰5︰1，按需添加营养物质，保证生物菌的生长。培养初期曝气量保持较高水平，在培养 7天后，根据溶解氧的数值对曝气量进行调整，缺氧池溶解氧浓度保持 0.8 mg/L 以下，好氧池溶解氧浓度保持越 2.8 mg/L。根据以往的经验，在培养时间达到 14 天时，观察生物相，测量SV30，COD、氨氮、总磷等指标，活性污泥结构稳定，出水水质良好后，可以认为活性污泥已经成熟，活性污泥的初期培养和驯化已基本完成。培养完成后进入下一阶段的实验。

        5.2 参数调整优化阶段该套设备影响出水水质的可变调整参数有：电流、曝气量、回流量。(1)电流：电流大小影响管式电絮凝反应器的氧化还原反应的程度；电流过小，氧化还原反应慢，絮凝效果差，去除率低；电流过大，氧化还原反应反应快，但到达一定程度后去除率趋向于平稳，铁离子产生量过多，反而会影响出水水质。

实验设定电流大小从小到大进行调整，按 12 A、18 A、24 A三个参数进行实验，根据出水水质选定最佳的实验参数。(2)曝气量：曝气量影响好氧池生物菌的生长，同时影响活性污泥的结构，曝气量过大，污泥结构稳定性被破坏，甚至会造成污泥氧化解体，影响生化处理的效果，因此，在实验过程中需要随时测定好氧池溶解氧浓度，保持好氧池溶解氧浓度处于一个合适的水平。缺氧溶解氧浓度小于 0.8 mg/L，好氧池溶解氧浓度为 2.8 mg/L 左右，同时在实验过程探寻最佳的曝气量。(3)回流量：回流量包括污泥回流和混合液回流，回流量按进水流量和回流比进行计算，回流比的大小影响活性污泥的效果，回流比太大，有可能产生污泥龄过老，污泥龄太老容易产生污泥上浮。回流比太小，污泥龄太小，污泥会逐渐变少，达不到处理污水的目的。通常回流比为 50 %~100 %，本次实验回流比设计为 100 %，通常情况下不调整，如实验过程中出现污泥上浮或污泥减少的情况，按需调整流量比。本阶段实验时间预计为 9 月 22 日~10 月 11 日，在每次调整参数后测定出水水质，以出水水质达到设计标准为根据确定最佳实验参数，参数确定且出水水质达标后可进行下一阶段的实验。

        5.3 设备连续运行阶段该试验阶段为测试设备的稳定性，在确定最佳实验参数后进行连续运行，期间每天测定 COD、氨氮、总磷、总氮等指标，收集并统计相关数据，测试该系统的稳定性。

6 结果分析

         中试试验于 2021 年 9 月 5 日开始，10 月 31 日结束。9月 6 日至 9 月 18 日进行设备的调试以及活性污泥的培养和驯化，培养方法采用低负荷连续培养和间歇培养，培养期间测定COD、氨氮、总磷、溶解氧以及 SV30 等指标，通过 13 日的培养，MBR 膜池出水 COD、氨氮、总磷等数值有明显的降低，并通过观察活性污泥的状况，说明活性污泥的初期培养已完成，可进入下一阶段的实验。9 月 22 日至 10 月 11 日，对中试设备的电压、电流、曝气量、回流量等参数根据实际情况进行优化调整，10 月 11 日至 10 月 31 日，中试设备连续运行，并每天测定进出水 COD、氨氮、总磷、总氮四项指标。

        6.1 运行结果分析COD、氨氮、总磷、总氮进出水变化及去除率如图 2~6 所 示。10 月 11 日至 10 月 31 日中试设备连续运行期间，平均进水COD 浓度为 201.8 mg/L，平均出水 COD 浓度为 27.5 mg/L，出 水 COD 浓度值均低于设计值 50 mg/L，平均 COD 去除率为86 %，最高去除率为 91 %；平均进水氨氮浓度为 16.04 mg/L，平均出水氨氮浓度为 1.22 mg/L，平均氨氮去除率为 92 %，最高去除率为 94 %；平均进水总磷浓度为 0.575 mg/L，平均出水总磷浓度为 0.103 mg/L，平均去除率为 82 %，最高去除率为 88 %。平均进水总氮浓度为 21.26 mg/L，平均出水总氮浓度为 6.592 mg/L，平均去除率约 69 %，最高去除率为 71 %。

        6.2 处理成本分析处理成本按年进行折算：本技术运行过程中运行成本主要包括电费、药剂费及设备维护费。

(1)电费：设备整机运行功率约为 2 kW，因本设备为中试设备，能耗大，能源利用率较低，实际投入生产的能耗按中试设备的能耗的 10 %计算，则吨水消耗电量为 4 kWh，电费按0.6 元计算，吨水处理电费为 2.4 元。

(2)药剂费：药剂(0.5 %柠檬酸，0.5 %氢氧化钠)主要用于MBR 膜的清洗，维护清洗频率为 1 次/1 周，药剂注入时间为30 min，单位膜面积药剂量为 2.5 L/m2，吨水处理药剂费为 0.04元。

(3)设备维护费：主要为 MBR 膜的更换，更换周期为 2 次 /年，本设备 MBR 膜更换费用约每平方米 100 元，折合吨水维护费用为 0.5 元。

(4)本工艺技术处理成本为 2.94 元/吨。

7 结论

       本试验，采用“电絮凝+缺氧+好氧/MBR”工艺对金属表面处理废水进行处理试验，可得以下结论：
(1)实验过程期间表明，在生化池活性污泥培养初期，溶解氧数值需保持一个较高水平，好氧池溶解氧保持 5 mg/L 以上，随着生物量的增长，溶解氧逐渐下降，期间需要及时调整营养物的比例，在初期调试完成后，需要调整曝气量，缺氧池溶解氧保持于 0.8 mg/L，好氧池溶解氧保持于 3 mg/L。

(2)管式电絮凝反应器参数以恒流模式进行调整，本实验最佳参数为 24 A，电流密度约为 18 A/m2。

(3)本套处理工艺装置对 COD、氨氮、总氮及总磷有很好的去除效果，经过中试设备处理后，COD 去除率约为 86 %，氨氮去除率约为 92 %，总磷去除率约为 82 %，总氮去除率约为 69 %。

(4)该系统具有效率高，稳定性好，处理过程中无须添加过多的化学试剂造成二次污染，经过技术经济分析，该系统的处理成本费用约为 2.94 元/吨废水。

(5)本次中试实验选取了一家典型的金属表面处理行业涉水企业作为示范单位，其企业原设施处理后的综合废水经过中试设备的深度处理，最终废水水质可稳定达到广东省《电镀水污染物排放标准》(DB44/1597-2015)珠三角新建项目水污染物排放限值。

(6)本次中试实验研究为解决金属表面处理企业的废水治理难点，提供了科学性和经济性的技术，为促进废水全面达标排放，提供了供相关的技术依据。

 

 

原标题：金属表面处理企业废水深度治理中试研究

原作者：王璋磊 　温志良 　梁锐乾 　梁国韬 　周成才 　尹国雄