汽車零配件生產工藝復雜，產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。目前傳統的混凝-預處理（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，抗負荷能力差，穩定達標困難，出水不能滿足回用等缺點。江蘇某汽車零配件生產企業主要從事精密型腔模的生產、加工，特種密封材料生產等，產生涂裝、磁研、漂洗和清洗廢水等。本文以長期小試數據為依據，采用氣浮-厭氧陶瓷膜反應器工藝進行處理。部分處理達標后的水再經過砂濾-碳濾-雙膜法（超濾+兩級RO）-EDI工藝達到超純水的水質要求。厭氧膜生物反應器（AnMBR）結合了膜生物反應器和厭氧處理技術的特點，膜組件的高效分離截流作用使生物量不會從反應器中流失，實現了SRT和HRT的有效分離，具有污泥濃度高，耐沖擊負荷能力強，省去三相分離器等特點。本工程中，膜材質采用碳化硅材質，于傳統的Al2O3為主要材質的陶瓷膜相比，具有更大的膜通量及更穩定的化學性。本文介紹并分析了浸沒式厭氧陶瓷膜生物反應器的設計特點，及超濾和RO等主要設備選型和實際半年的運行效果，可為類似企業污水處理及回用提供設計依據。
1、工程概況
根據廠區實際生產情況，各車間排放污水和少部分生活廢水匯集到廠區內污水處理區的調節池，設計最大流量為55m3/d。原水各個水質學指標如表1所示。處理后的水質達到≤城鎮污水處理廠污染物排放標準≥GB18918－2002表1中的二級標準。回用的最大水量設計為45m3/d。回用的目的是生產超純水以供部分生產工段用水要求（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，能處理膠體態與顆粒態的污染物，特別對色度，溶解態的磷和重金屬的去除更有優勢。厭氧膜生物反應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，進而提高了厭氧處理效果。同時厭氧膜生物反應器設備緊湊，占地面積小，節省了土建和設備成本。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一步降低COD、色度，保證出水達標。部分產水由泵抽送至回用進水箱。在回用階段，先經過沙濾和碳濾去除處理后的水在中間水池2和回用進水箱及管道運輸中產生的懸浮顆粒和微生物，避免其在后續設備中的沉積造成膜元件的有機污染。同時，超濾和第一級RO膜前設置有保安過濾器以截流因二次污染導致超濾箱中出現的膠體，微生物等。超濾產水經過二級反滲透和EDI脫鹽后，進入超純水產水箱供企業生產使用。
本工程中超濾、一級RO、EDI產生的濃水COD<150mg/L，直接排入市政管網入園區污水處理廠。二級RO產生的濃水進一級RO循環處理。系統產生的污泥經疊螺壓濾機處理后委托外運。
3、主要構筑物、設備及設計參數
3.1 來水綜合調節池
來水調節池池體為鋼砼結構，總尺寸為6.0m×2.0m×4.5m，有效水深為4.0m，有效容積為48m3。池體內設潛水攪拌機1臺，型號QJB0.85/8-260/3-740/c/s，功率0.85kW。調節池提升泵為潛水泵，一用一備，型號QDX3-18-0.55S，功率0.55kW。進氣浮前，通過加入鹽酸或者氫氧化鈉將pH調至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，轉速1440r/min，功率0.75kW。氣浮出水池池體均為鋼砼結構，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 厭氧陶瓷膜反應器
采用浸沒式厭氧膜生物反應器。主要由厭氧罐體和膜系統構成。厭氧罐體為碳鋼防腐結構，尺寸Φ4×8m。設有進水管、出水口、沼氣出口、沼氣循環口、排空口。厭氧罐體外采用巖棉做保溫材料，厚度50mm，外部鋪設彩鋼板。膜組件采用最新研發的碳化硅材質的平板陶瓷膜（博鑫精陶環保科技有限公司）。陶瓷膜的孔徑為100nm，設計膜通量為100L/（m2•h）。厭氧罐內共放置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。在膜片四周設一個30目孔徑的不繡鋼鋼網，攔截污泥對膜表面的污染。同時，采用空氣循環泵將產生的沼氣沖刷膜表面，控制膜表面的污泥沉積。空氣循環泵型號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水9min，停1min，反洗1min。當運行時抽吸跨膜壓差達到0.04MPa，膜會啟用維護性清洗，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。為保持厭氧反應所需要的堿度，需在氣浮出水池傍邊設置厭氧堿度投加罐，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
池體均為鋼砼結構，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。出水部分直接達標排放，部分進入回用進水箱。當用于回用水水量不夠時，會在回用水箱中補充自來水，保證膜的穩定運行。
3.5 砂濾和碳濾
砂濾濾料為石英砂。進水按每小時2m3計算，濾速設為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，是凈化水進行脫鹽的前處理，對懸浮物、膠體物質及微生物都有很好的截留能力。本工程共設兩套超濾系統。單套超濾設備包括：50µ保安過濾器，2臺，進水和反洗各用一臺；采用內壓式中空纖維膜，膜元件型號為AQUCELL4050，單支有效膜面積3.6m2，設計產水量60L/（h•m2），共6支；支架，閥門管道系統，產水流量計，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
共設一級反滲透，二級反滲透2套，同時運行。單套反滲透設備包括：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；阻垢劑和加堿系統各一套。支架，閥門管道系統，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，產品水流量為0.8～1.2m3/h。支架，閥門管道系統，產水流量計，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材質的罐子，配有陽離子PAM加藥系統一套。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。產生的濾液用脫水機自配的潛污泵抽至調節池。
4、結果與討論
該工程經過6個月的前期調試和運行，出水水質基本穩定，各項污染物均達到排放標準和回用標準，對各單元出水水質檢測情況如表2所示。原水進氣浮前用酸或者堿將pH調至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）的去除率分別能達到94%和90%。厭氧反應器接種污泥取自其他廠區的厭氧顆粒污泥（VSS大約70g/L）。接種量大約是厭氧反應器的1/4。平板膜采用無抽真空系統產水的模式，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，利用產生的沼氣通過曝氣泵對膜片進行循環曝氣，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的三氧化二鋁材質的陶瓷膜要低。實際運行2月后，跨膜壓差達到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，膜通量恢復正常。實際運行結果表明，采用次氯酸鈉清洗后，厭氧污泥并沒有受到明顯的抑制，而且產甲烷活性很快恢復。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的檸檬酸侵泡進行恢復性清洗。冬季運行時，采用氣浮出水池內用蒸氣加熱，維持溫度30～35℃，以保證后續厭氧處理的效果。半年的實際運行結果表明，厭氧陶瓷膜反應器抗負荷沖擊能力強，出水水質穩定，能去除原水中大部分的COD，罐體內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性。氨氮經過厭氧后，略有所上升，說明原水中存在少量的有機氨，在厭氧過程中發生了氨化反應。
在回用階段中，超濾出水濁度小于0.2NTU，滿足進一步的反滲透進水要求。RO的主要作用是去除原水中大部分的無機鹽。一級RO產水的電導率低于100µS/cm，二級RO產水的電導率低于22µS/cm。原水的電導率在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，達到企業回用以生產超純水的要求。
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。廢水回用節省自來水費近10萬元（按5元/m2計算）。
6、結論
實際工程采用新工藝-氣浮+厭氧陶瓷膜生物反應器處理汽車零配件廢水。運行半年效果穩定，出水水質穩定，滿足≤城鎮污水處理廠污染物排放標準≥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，清洗頻率低等優點。部分處理后的水再通過預過濾-超濾-二級反滲透-EDI產生生產所需要的超純水，從而提高了水資源的利用率，又減少了環境污染，產生的經濟效益和環境效益極其顯著。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，山東納康環保科技有限公司，壽光富康制藥有限公司，中國科學院生態環境研究中心環境水質學國家重點實驗室，河南省工業微生物資源與發酵技術重點實驗室）
