碳氮比對A/O—MBR系統(tǒng)脫氮效率的影響

【摘 要】 通過理論推導(dǎo)，得出A/O-MBR系統(tǒng)脫氮效率的理論表達式及回流比為300%時脫氮效率與碳氮比關(guān)系。采用人工模擬配水進行試驗驗證，試驗中進行了四次進水碳氮比（CODcr/NH4+-N）的調(diào)節(jié)，四個階段的平均值分別為3.06、3.57、4.80、7.89，對應(yīng)的TN去除率分別為25.76%、43.55%、47.94%、67.00%，理論值分別為43.67%、50.99%、68.65%、75.00%，發(fā)現(xiàn)TN去除率隨C/N的增加而升高，說明C/N是制約TN去除率的重要因素。同時對TN去除率試驗值與理論值進行線性回歸分析，結(jié)果表明，二者的擬合度和相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)為R=0.9175。

【關(guān)鍵詞】 A/O-MBR；脫氮效率；碳氮比；

1 脫氮效率表達式的推導(dǎo)

圖1為A/O-MBR系統(tǒng)物料平衡示意圖，我們要對該系統(tǒng)的脫氮效率進行理論推導(dǎo)，首先需要進行條件假設(shè)：（1）進水無NO3--N和NO2--N，這正好與本試驗相符合；（2）NH4+-N在好氧段全部轉(zhuǎn)化為NO3--N，并全部進入MBR；（3）MBR不發(fā)生反硝化反應(yīng)，本試驗中MBR反硝化不明顯；（4）MBR回流至缺氧段的NO3--N反硝化進行完全；（5）忽略細胞同化作用消耗的氨氮。

基于上述假設(shè)，該系統(tǒng)的理論脫氮率（η）可以表示為[1]：

根據(jù)上式可知，MBR混合液回流比越大，脫氮效率越高，如圖2 所示。由圖可見，要取得滿意的脫氮效率，必須有足夠大的回流比，如要保證80%以上的脫氮率，回流比須大于400%，而且隨著回流比的增大，再提高脫氮效率很困難。因為回流比的過度增加，會造成帶入缺氧段的DO增多，從而影響反硝化過程的順利進行。一般回流比取值為200～500%，太高則動力消耗過大[2]。故A/O工藝的脫氮率一般很難達到90%以上。

要達到理論脫氮率，需要充分利用進水碳源，使回流至缺氧池的NO3--N完全反硝化掉，即不產(chǎn)生硝酸鹽的積累。

設(shè)缺氧段的COD濃度、TKN濃度、NO3--N濃度分別為Sa、Wa、Ca，根據(jù)物料平衡，有下列等式成立：

設(shè)進水COD/TKN=S0/W0=x，還原單位NO3--N所需的COD量為k。k值與系統(tǒng)污泥停留時間（SRT）、內(nèi)源衰減系數(shù)及可生物降解生物體比例及進水水質(zhì)有關(guān)，對于生活污水可取k=7mgCOD/mgNO3--N[3]。缺氧段恰好完全反硝化需要滿足下列關(guān)系：

在好氧段，進水中的TKN完全硝化變成NO3--N，所以好氧段出水NO3--N濃度等于缺氧段TKN濃度，即Ce=Wa，將此式代入式（1.6）得

將滿足式（1.10）的r記為rm。式（1.10）說明：當x≥k時，任何回流比都不能使上式成立，此時缺氧段反硝化后有機碳的量有剩余。當xrm時，缺氧段反硝化后NO3--N有剩余，再增大回流比對脫氮效率沒有影響。現(xiàn)在，我們對A/O-MBR系統(tǒng)的脫氮效率總結(jié)如下：

試驗中控制回流比為300%，在此依據(jù)表1繪制r=3時的η-x曲線（k=7），如圖3所示。

從上圖可以看出，在回流比為300%的情況下，理論上，當C/N<5時，脫氮效率隨碳氮比的增加上升趨勢明顯，呈很好的線性關(guān)系；當56時，脫氮效率不再變化，穩(wěn)定在75%。

2 試驗驗證

2.1 試驗裝置

圖4為缺氧/好氧生物接觸氧化+MBR系統(tǒng)（A/O-MBR）工藝流程圖，該系統(tǒng)主要由兩級生物接觸氧化池和膜生物反應(yīng)器兩部分組成。

廢水經(jīng)水泵提升后先后進入缺氧段和好氧段，之后好氧段上清液溢流至膜生物反應(yīng)器，膜生物反應(yīng)器內(nèi)安置有中空纖維膜組件。經(jīng)過一段時間的反應(yīng)，混合液部分經(jīng)回流泵回流至缺氧段進行反硝化，部分在水位差的作用下經(jīng)膜過濾后形成系統(tǒng)出水。

膜出水為間歇方式，由液位控制器控制。

2.2 試驗條件

試驗接種污泥取自污水處理廠A2O反應(yīng)池好氧端，污泥呈灰褐色，沉降性能較差，混合液經(jīng)30min沉淀后SV30達到88%，SVI為52，MLSS在16945mg/L左右，此外鏡檢發(fā)現(xiàn)，存在累枝節(jié)蟲、輪蟲和少量鐘蟲，試驗共運行了146天。

試驗啟動前，對污泥混合液進行24小時悶曝，之后部分經(jīng)篩網(wǎng)過濾后移入反應(yīng)器中，并輔之以原水進行接觸氧化段填料掛膜和MBR池污泥馴化培養(yǎng)，初期測得MBR池MLSS為1633mg/L。

試驗進水采用人工模擬配水，配水組份包括葡萄糖、可溶性淀粉、碳酸氫氨、磷酸二氫鉀、碳酸氫鈉、硫酸鎂等，具體指標見表2。

2.3 分析方法

本試驗測定項目有CODcr、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、pH值、溫度等，對各項指標的監(jiān)測均依照國家環(huán)保部頒布的標準方法[4]進行測定，其中COD測定采用重鉻酸鉀法，NH4+-N測定采用納氏試劑分光光度法，NO3--N測定采用紫外分光光度法，NO2--N測定采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法。

2.4 C/N對脫氮效率的影響

試驗中考察的C/N是指進水CODcr和TKN之比，而試驗配水組分無有機氮成分，所以此處TKN可用NH4+-N代替，即CODcr/NH4+-N，C/N>7代表反硝化碳源充足。

試驗中進行了四次進水碳氮比的調(diào)節(jié)，對四個階段的C/N和TN去除率取平均值后，得到如表3所示的C/N與TN去除率的關(guān)系，我們發(fā)現(xiàn)C/N與TN去除率有著密切的關(guān)系。同時，依據(jù)表1計算各個C/N所對應(yīng)的TN去除率的理論值。

由上表可以看出，TN去除率隨C/N（CODcr/NH4+-N）的增加而升高，說明C/N是制約TN去除率的重要因素。

我們再對TN去除率試驗值（X）與計算值（Y）進行線性回歸分析，見圖5。

由上圖可以得到TN去除率試驗值（X）與計算值（Y）的回歸方程為Y=0.7954X+22.938，相關(guān)系數(shù)為R=0.9175，說明二者的擬合度和相關(guān)性較好。

3 結(jié)語

碳氮比是制約脫氮效率的重要因素。當C/N<5時，脫氮效率隨碳氮比的增加上升趨勢明顯，呈很好的線性關(guān)系；當56時，脫氮效率不再變化。

參考文獻

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[2] 張璇，文一波，孫星凡等.A/O改進工藝脫氮效率分析[J].水科學(xué)與工程技術(shù)， 2008增刊，15-17

[3] 王偉，彭永臻，孫亞男等.分段進水A/O工藝流量分配方法與策略研究[J].環(huán)境工程學(xué)報，2009，3（1）： 89-92

[4] 國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002