汽車零配件生產(chǎn)工藝復(fù)雜，產(chǎn)生的廢水中含有樹脂、表面活性劑、油漆、顏料、重金屬離子等污染物。目前傳統(tǒng)的混凝-預(yù)處理（芬頓或者水解）-生物處理，后接深度處理（比如吸附等）的工藝，存在著處理單元過多，抗負(fù)荷能力差，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)困難，出水不能滿足回用等缺點。江蘇某汽車零配件生產(chǎn)企業(yè)主要從事精密型腔模的生產(chǎn)、加工，特種密封材料生產(chǎn)等，產(chǎn)生涂裝、磁研、漂洗和清洗廢水等。本文以長期小試數(shù)據(jù)為依據(jù)，采用氣浮-厭氧陶瓷膜反應(yīng)器工藝進(jìn)行處理。部分處理達(dá)標(biāo)后的水再經(jīng)過砂濾-碳濾-雙膜法（超濾+兩級RO）-EDI工藝達(dá)到超純水的水質(zhì)要求。厭氧膜生物反應(yīng)器（AnMBR）結(jié)合了膜生物反應(yīng)器和厭氧處理技術(shù)的特點，膜組件的高效分離截流作用使生物量不會從反應(yīng)器中流失，實現(xiàn)了SRT和HRT的有效分離，具有污泥濃度高，耐沖擊負(fù)荷能力強，省去三相分離器等特點。本工程中，膜材質(zhì)采用碳化硅材質(zhì)，于傳統(tǒng)的Al2O3為主要材質(zhì)的陶瓷膜相比，具有更大的膜通量及更穩(wěn)定的化學(xué)性。本文介紹并分析了浸沒式厭氧陶瓷膜生物反應(yīng)器的設(shè)計特點，及超濾和RO等主要設(shè)備選型和實際半年的運行效果，可為類似企業(yè)污水處理及回用提供設(shè)計依據(jù)。

1、工程概況

根據(jù)廠區(qū)實際生產(chǎn)情況，各車間排放污水和少部分生活廢水匯集到廠區(qū)內(nèi)污水處理區(qū)的調(diào)節(jié)池，設(shè)計最大流量為55m3/d。原水各個水質(zhì)學(xué)指標(biāo)如表1所示。處理后的水質(zhì)達(dá)到≤城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)≥GB18918－2002表1中的二級標(biāo)準(zhǔn)。回用的最大水量設(shè)計為45m3/d。回用的目的是生產(chǎn)超純水以供部分生產(chǎn)工段用水要求（電阻率要求等于18.2MΩ•cm）。

2、處理工藝

廢水處理及回用設(shè)計工藝流程如圖1所示。本工程中首先通過氣浮去除原水中大部分的SS、石油類、陰離子表面活性劑（LAS）、重金屬和部分COD。本工程中氣浮單元采用硅藻土作為混凝劑。和傳統(tǒng)的聚合氯化鋁，聚合硫酸鐵相比，硅藻土天然資源豐富，能處理膠體態(tài)與顆粒態(tài)的污染物，特別對色度，溶解態(tài)的磷和重金屬的去除更有優(yōu)勢。厭氧膜生物反應(yīng)器具有能徹底解決厭氧處理中污泥易流失，污泥沉降性能差的問題，進(jìn)而提高了厭氧處理效果。同時厭氧膜生物反應(yīng)器設(shè)備緊湊，占地面積小，節(jié)省了土建和設(shè)備成本。納米級的陶瓷膜能截流全部的微生物，膠體和部分大分子有機物，保證出水的SS和濁度為零和去除大部分的COD。在最后階段，中間水池1中部分的水用于厭氧膜生物反應(yīng)器中陶瓷膜的反洗，剩下的流入中間水池2。在中間水池2中投加次氯酸鈉去除氨氮及進(jìn)一步降低COD、色度，保證出水達(dá)標(biāo)。部分產(chǎn)水由泵抽送至回用進(jìn)水箱。在回用階段，先經(jīng)過沙濾和碳濾去除處理后的水在中間水池2和回用進(jìn)水箱及管道運輸中產(chǎn)生的懸浮顆粒和微生物，避免其在后續(xù)設(shè)備中的沉積造成膜元件的有機污染。同時，超濾和第一級RO膜前設(shè)置有保安過濾器以截流因二次污染導(dǎo)致超濾箱中出現(xiàn)的膠體，微生物等。超濾產(chǎn)水經(jīng)過二級反滲透和EDI脫鹽后，進(jìn)入超純水產(chǎn)水箱供企業(yè)生產(chǎn)使用。

本工程中超濾、一級RO、EDI產(chǎn)生的濃水COD<150mg/L，直接排入市政管網(wǎng)入園區(qū)污水處理廠。二級RO產(chǎn)生的濃水進(jìn)一級RO循環(huán)處理。系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥經(jīng)疊螺壓濾機處理后委托外運。

3、主要構(gòu)筑物、設(shè)備及設(shè)計參數(shù)

3.1 來水綜合調(diào)節(jié)池

來水調(diào)節(jié)池池體為鋼砼結(jié)構(gòu)，總尺寸為6.0m×2.0m×4.5m，有效水深為4.0m，有效容積為48m3。池體內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C1臺，型號QJB0.85/8-260/3-740/c/s，功率0.85kW。調(diào)節(jié)池提升泵為潛水泵，一用一備，型號QDX3-18-0.55S，功率0.55kW。進(jìn)氣浮前，通過加入鹽酸或者氫氧化鈉將pH調(diào)至7～8之間。兩個加藥罐均為1000L的PE罐，每個加藥罐配有一個加藥泵，型號GX1800，功率1.5kW；配有攪拌機一臺，轉(zhuǎn)速1440r/min，功率0.75kW。

3.2 氣浮機和氣浮出水池

氣浮機型號CDAF-3，處理量2～3m3/h，回流水泵電機0.75kW，加氣電機0.75kW，刮沫機0.37kW。通過自動加藥系統(tǒng)在第一個混凝池先加入硅藻土，在第二個混凝池里，再加入PAM助凝劑助沉。兩個加藥罐均為500L的PE罐，每個加藥罐配有一個加藥泵，型號GX900，功率1.5kW，同時配有攪拌機，轉(zhuǎn)速1440r/min，功率0.75kW。氣浮出水池池體均為鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸為3.0m×1.0m×4.5m，有效水深為4.0mm，超高0.5m，有效容積為12m3。

3.3 厭氧陶瓷膜反應(yīng)器

采用浸沒式厭氧膜生物反應(yīng)器。主要由厭氧罐體和膜系統(tǒng)構(gòu)成。厭氧罐體為碳鋼防腐結(jié)構(gòu)，尺寸Φ4×8m。設(shè)有進(jìn)水管、出水口、沼氣出口、沼氣循環(huán)口、排空口。厭氧罐體外采用巖棉做保溫材料，厚度50mm，外部鋪設(shè)彩鋼板。膜組件采用最新研發(fā)的碳化硅材質(zhì)的平板陶瓷膜（博鑫精陶環(huán)保科技有限公司）。陶瓷膜的孔徑為100nm，設(shè)計膜通量為100L/（m2•h）。厭氧罐內(nèi)共放置40個膜片，每個膜片的有效面積0.5m2，共20m2。膜片及膜組件直接浸沒在厭氧罐體中。在膜片四周設(shè)一個30目孔徑的不繡鋼鋼網(wǎng)，攔截污泥對膜表面的污染。同時，采用空氣循環(huán)泵將產(chǎn)生的沼氣沖刷膜表面，控制膜表面的污泥沉積。空氣循環(huán)泵型號YQB3-5，二用一備，功率0.9kW。膜抽吸泵采用自吸泵，一用一備，型號25ZX3.2-20，流量3.2m3/h，吸程6.5m，揚程20m，功率0.75kW。膜反洗泵采用立式管道離心泵，一用一備，型號YG32-125，流量6.5m3/h，揚程20m，功率是1.5kW。平板陶瓷膜運行方式為進(jìn)水9min，停1min，反洗1min。當(dāng)運行時抽吸跨膜壓差達(dá)到0.04MPa，膜會啟用維護(hù)性清洗，清洗的藥劑是用于去除有機和生物污堵的次氯酸鈉。加藥采用自動在線加藥方式，加藥泵選用隔膜計量泵，型號GX900，功率1.5kW。為保持厭氧反應(yīng)所需要的堿度，需在氣浮出水池傍邊設(shè)置厭氧堿度投加罐，實際投加碳酸氫鈉。厭氧堿度投加罐為1000L的PE罐，加藥罐配有一個加藥泵，型號GX1800，功率1.5kW；配有攪拌機一臺，轉(zhuǎn)速1440r/min，功率0.75kW。

3.4 中間水池1和中間水池2

池體均為鋼砼結(jié)構(gòu)，尺寸為3.0m×1.0m×4.0m，超高4.5m，有效容積為12m3。兩池體均接膜抽吸泵。在中間水池2設(shè)有次氯酸鈉投加箱，加藥泵選用隔膜計量泵，型號JWM32/1.0，功率60W。中間水池2設(shè)有外排泵，外排至巴氏計量槽。采用潛水泵，一用一備，型號CP50.75-50，功率0.75kW。出水部分直接達(dá)標(biāo)排放，部分進(jìn)入回用進(jìn)水箱。當(dāng)用于回用水水量不夠時，會在回用水箱中補充自來水，保證膜的穩(wěn)定運行。

3.5 砂濾和碳濾

砂濾濾料為石英砂。進(jìn)水按每小時2m3計算，濾速設(shè)為7m/h，罐體直徑為0.6mm，罐體高度為2m。碳濾濾料為活性炭。罐體直徑為0.6mm，罐體高度為2m。進(jìn)砂濾和碳濾罐的泵采用一用一備，型號25ZX3.2-20，流量3.2m3/h，吸程6.5m，揚程20m，功率0.75kW。砂濾和碳濾和超濾共用一臺反洗泵。

3.6 超濾

超濾膜的公稱孔徑僅有30nm，是凈化水進(jìn)行脫鹽的前處理，對懸浮物、膠體物質(zhì)及微生物都有很好的截留能力。本工程共設(shè)兩套超濾系統(tǒng)。單套超濾設(shè)備包括：50µ保安過濾器，2臺，進(jìn)水和反洗各用一臺；采用內(nèi)壓式中空纖維膜，膜元件型號為AQUCELL4050，單支有效膜面積3.6m2，設(shè)計產(chǎn)水量60L/（h•m2），共6支；支架，閥門管道系統(tǒng)，產(chǎn)水流量計，濃水流量計和反洗流量計各一套。儀表操作箱1套。超濾反洗泵采用一用一備，型號25ZX3.2-20，流量3.2m3/h，吸程6.5m，揚程20m，功率0.75kW。

3.7 二級反滲透系統(tǒng)

共設(shè)一級反滲透，二級反滲透2套，同時運行。單套反滲透設(shè)備包括：5µ保安過濾器（一級反滲透前）；輕型立式多級離心泵2臺，型號CDLS2-15LSWSC，流量2m3/h，揚程112m，功率1.5kW；RO膜元件型號為CPA2-4040，一級RO3支，二級RO2支；阻垢劑和加堿系統(tǒng)各一套。支架，閥門管道系統(tǒng)，一級濃水流量計和二級濃水流量計各一套。儀表操作箱1套。

3.8 EDI

EDI型號為CP-1000S，兩臺同時運行。單臺尺寸為616mm×266mm×262mm，產(chǎn)品水流量為0.8～1.2m3/h。支架，閥門管道系統(tǒng)，產(chǎn)水流量計，極水流量計和濃水流量計各一套。儀表操作箱1套。

3.9 污泥濃縮箱和疊螺式污泥脫水機

污泥濃縮箱為5方PE材質(zhì)的罐子，配有陽離子PAM加藥系統(tǒng)一套。加藥罐配有一個加藥泵，型號GX900，功率1.5kW，同時配有攪拌機，轉(zhuǎn)速1440r/min，功率0.75kW。疊螺式污泥脫水機，型號為DL201，功率0.4kW，尺寸為2500mm×800mm×1300mm。產(chǎn)生的濾液用脫水機自配的潛污泵抽至調(diào)節(jié)池。

4、結(jié)果與討論

該工程經(jīng)過6個月的前期調(diào)試和運行，出水水質(zhì)基本穩(wěn)定，各項污染物均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)和回用標(biāo)準(zhǔn)，對各單元出水水質(zhì)檢測情況如表2所示。原水進(jìn)氣浮前用酸或者堿將pH調(diào)至7～8之間。氣浮單元采用硅藻土作為混凝劑，加藥量為2g/L，采用PAM為助凝劑，加藥量為5mg/L。氣浮處理后脫色率為40%左右，COD的去除率為20%左右，重金屬的去除率為80%左右，石油類和陰離子表面活性劑（LAS）的去除率分別能達(dá)到94%和90%。厭氧反應(yīng)器接種污泥取自其他廠區(qū)的厭氧顆粒污泥（VSS大約70g/L）。接種量大約是厭氧反應(yīng)器的1/4。平板膜采用無抽真空系統(tǒng)產(chǎn)水的模式，降低了運行能耗。正常運行時，由于陶瓷膜的截流作用，出水COD為90～110mg/L，濁度為0.1NTU，在本工程中，利用產(chǎn)生的沼氣通過曝氣泵對膜片進(jìn)行循環(huán)曝氣，利用氣體的剪切作用大大延緩了膜的污染，同時運行反洗泵。碳化硅陶瓷膜運行壓力比傳統(tǒng)的三氧化二鋁材質(zhì)的陶瓷膜要低。實際運行2月后，跨膜壓差達(dá)到0.04MPa。此時啟動次氯酸鈉在線清洗，在線清洗時，同時運行反洗泵，次氯酸鈉濃度為1000mg/L。每次清洗后，膜通量恢復(fù)正常。實際運行結(jié)果表明，采用次氯酸鈉清洗后，厭氧污泥并沒有受到明顯的抑制，而且產(chǎn)甲烷活性很快恢復(fù)。整個運行及加藥均由PLC和觸摸屏自動控制。運行滿5個月后，將整個膜片移出，用5000mg/L的次氯酸鈉和2000mg/L的檸檬酸侵泡進(jìn)行恢復(fù)性清洗。冬季運行時，采用氣浮出水池內(nèi)用蒸氣加熱，維持溫度30～35℃，以保證后續(xù)厭氧處理的效果。半年的實際運行結(jié)果表明，厭氧陶瓷膜反應(yīng)器抗負(fù)荷沖擊能力強，出水水質(zhì)穩(wěn)定，能去除原水中大部分的COD，罐體內(nèi)的污泥也能吸附剩下的重金屬，同時新型納米平板陶瓷膜的清洗頻率低，也保證了運行的連續(xù)性。氨氮經(jīng)過厭氧后，略有所上升，說明原水中存在少量的有機氨，在厭氧過程中發(fā)生了氨化反應(yīng)。

在回用階段中，超濾出水濁度小于0.2NTU，滿足進(jìn)一步的反滲透進(jìn)水要求。RO的主要作用是去除原水中大部分的無機鹽。一級RO產(chǎn)水的電導(dǎo)率低于100µS/cm，二級RO產(chǎn)水的電導(dǎo)率低于22µS/cm。原水的電導(dǎo)率在1.1～1.9mS/cm之間，因此二級RO的脫鹽率在98.8%以上。EDI出水的電阻率為18.2MΩ•cm，達(dá)到企業(yè)回用以生產(chǎn)超純水的要求。

5、成本分析

項目總投資90多萬，其中土建投資近15萬，設(shè)備投資（包括陶瓷膜膜片）40多萬。管材、管件、自控、電纜橋架等投資10多萬，其他為20萬。運行周期24h/d。整個污水處理費用約4.1元/m（2不包括污泥處置費），其中電費1.3元/m2，藥劑費1.9元/m2，人工費0.6元/m2，維修費0.2元/m2，檢測費0.1元/m2。回用系統(tǒng)運行成本3.02元，其中電費1.2元/m2，藥劑費0.81元/m2，其他（含濾料、濾芯、膜更換等）0.9元/m2。廢水回用節(jié)省自來水費近10萬元（按5元/m2計算）。

6、結(jié)論

實際工程采用新工藝-氣浮+厭氧陶瓷膜生物反應(yīng)器處理汽車零配件廢水。運行半年效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)穩(wěn)定，滿足≤城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)≥GB18918－2002的要求。新型碳化硅納米平板陶瓷膜具有膜通量高，耐腐蝕能力強，清洗頻率低等優(yōu)點。部分處理后的水再通過預(yù)過濾-超濾-二級反滲透-EDI產(chǎn)生生產(chǎn)所需要的超純水，從而提高了水資源的利用率，又減少了環(huán)境污染，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益極其顯著。本工程案例可為汽車零配件廢水的處理和回用提供了參考和借鑒。（來源：山東戴瑞克新材料有限公司，山東納康環(huán)保科技有限公司，壽光富康制藥有限公司，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境水質(zhì)學(xué)國家重點實驗室，河南省工業(yè)微生物資源與發(fā)酵技術(shù)重點實驗室）