MBR處理船舶生活污水氮磷去除效能的試驗研究

宮福強 張宏岳 祝玉芳

（1. 大連市環境監測中心，遼寧 大連 116023 2.浦華環保有限公司，北京 100084 3.哈爾濱工程大學，黑龍江 哈爾濱 150001）

引言

近年來，迅速發展的航運業所帶來的船舶生活污水污染問題逐漸引起人們關注[1]。船舶生活污水污染負荷高、水量和水質變化大、船體空間有限等這些特點[2]使得一些常規污水處理工藝不能滿足船舶生活污水的排放標準。MBR是將一種將膜分離技術和生物降解技術有機結合新污水處理工藝[3]。MBR處理效果好、出水水質穩定、設備占地面積小等的優點[4]使它能夠在船舶生活污水處理中有很好的應用。2010年1月l日開始執行比原來更加嚴格的船舶生活污水處理裝置排放新標準，如對SS、BOD5、COD等的排放量[5]。而部分國家或地區已經對氨氮的排放也有了要求，因此本文研究MBR對船舶生活污水氮磷的去除。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

中空纖維膜片（簾式膜）膜組件：中空纖維；單個膜組件的有效面積為2m2，外徑350μm-400μm，內徑250-300μm，壁厚40μm-50μm，微孔尺寸0.1μm-0.2μm，孔隙率40%～50%，透氣率＞7.0x102cm3/cm2.s.cmHg；膜材質為聚丙烯（PP）。料液：反應器的進水為船舶生活污水模擬水。試劑：試驗中所用常規試劑均為分析純；標準溶液均采用超純水配制，總氮測定過程用水為無氨水，其它溶液以去離子水配制。

1.2 裝置簡圖及實驗方法

圖1 膜生物反應器（MBR）工藝過程圖

如圖1所示為膜生物反應器（MBR）工藝過程圖。通過蠕動泵的加壓使原水進入MBR處理區，將出水抽入清水池內，為維持清水池液位恒定在清水池后設置虹吸管。膜組件與自吸泵和反沖泵相連，自吸泵通過吸取的辦法，從MBR區的泥水混合物中分離出清水。膜片通過反沖泵進行定時反沖洗。空氣泵通過位于反應池底中部的微孔曝氣盤連續向反應器中曝氣，為反應器提供溶解氧。曝氣產生的氣泡及水流夫人流動能夠使膜絲抖動，以實現對膜的自清洗。

圖2 MBR對氨氮的去除特性

1.3 測試指標與方法

氨氮（NH3-N）采用納氏試劑分光光度法測定；總氮（TN）采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定；總磷（TP）采用過硫酸鉀消解-鉬銻分光光度法測定。

2 結果與討論

2.1 對氨氮和總氮的去除特性

本試驗對船舶生活污水模擬水進水、出水及混合液經0.45 μm醋酸纖維膜過濾液的氮磷指標從反應器啟動到穩定運行進行連續46 d的檢測。在MB R穩定運行期間，進水含氨氮量能穩定保持在39.34 m g/L-48.7 m g/L之間。

2.1.1 對氨氮的去除特性

如圖2可以看出在反應器運行的初期，混合液氨氮的去除率平均45.72%，出水氨氮的去除率46.08%，去除率較低不能滿足生活污水排放標準（GB18918-2002）一級B排放的8mg/L標準，這是由于混合液中亞硝化菌落還不夠成熟。在經過污泥淘洗后，混合液氨氮去除率為66.33%，出水氨氮去除率為66.85%，由此可知對污泥的淘洗過程能促進氨氮的去除。在MBR反應器的運行初期對氨氮去除能力較強，這是因為反應器內取自市政污水處理廠的活性污泥中含有亞硝化菌，且本試驗所用的是與市政污水成分相差不大的人工模擬生活污水，這樣亞硝化菌就能很好的在反應器內生長。

圖3 MBR對總氮的去除特性

圖4 MBR對總磷的去除特性

在反應器運行的中期，MBR反應器對混合液氨氮去除率為91.83%，出水去除率為93.65%，出水氨氮含量比生活污水排放標準（GB18918-2002）一級B排放的8mg/L標準低，這表示MBR反應器能夠很好的處理船舶生活污水中的氨氮。并且可知反應器內混合液的亞硝化菌落生長狀況良好且能對高效穩定的去除氨氮。

由于船舶生活污水具有污染負荷不均的特點，因此在測試階段的中后期對MBR反應器內混合液對氨氮的抗沖擊負荷能力進行了測試。將進水氨氮劇提高到76mg/L，通過對出水中氨氮的測定，其含量增加到14.23mg/L，但是仍然能夠保持81.28%的去除率，這充分說明了MBR抗氨氮沖擊負荷能力較強。通過其后幾天對氨氮去除率的測定可知短期的氨氮沖擊負荷不會對活性污泥的氨氮去除效果產生很大影響。

在測試階段的后期氨氮的去除率明顯降低，通過對反應器內混合液內活性污泥進行沉降實驗可知SV30=83%且在對混合液取樣時有拉絲現象出現，這說明污泥膨脹現象出現。經過分析可知其產生的可能原因為硝化菌與絲狀菌對爭奪電子受體能力較弱，其具體體現在較低的氨氮去除率。在此階段反應器內污泥濃度增加，但是溶解氧（DO）由初期的3.3mg/L降為2.45mg/L，這就減少了反應器內含氧量，這對硝化作用的進行有一定的限制作用。為了消除這一現象的影響，在其后將曝氣強度加大，維持DO在3.5mg/L左右，并排除部分污泥，維持反應器中MLSS5000mg/L的含量。在改措施采取5d后，基本解決了污泥膨脹問題，這時出水中氨氮含量基本維持在2.88±2.35mg/L的范圍內，氨氮平均去除率基本維持在93.33±5.41%的范圍內。阮芳[6]在研究MBR處理船舶生活污水試驗結果表明出水氨氮在0.48mg/L-3.88mg/L之間，去除率基本在93%以上，兩者去除效果相差不多。

在測試階段內反應器內混合液氨氮的去除率能夠維持在80%以上，而膜在此工程中起到了至關重要的作用。膜能夠對固液分離有良好的作用，這就能夠使硝化菌只能存在反應池內，這有利于長時間硝化菌的生存，從而能夠高效地去除混合液中的氨氮。在反應器啟動初期，微濾膜對氨氮的去除率基本能維持在0.36%左右，而到穩定期其對氨氮的去除率基本能維持在3.15%。這說明在膜表面能夠形成污泥層且其中的硝化菌生長狀況良好，對氨氮的去除有了較好的效果。

2.1.2 對總氮的去除特性

由圖3可知，在測試階段內的中后期反應器內混合液和出水總氮平均濃度分別能保持在42.52mg/L和29.55mg/L左右，平均總去除率為31%。分析器原因可能是進水中氮含量比污泥中微生物所能降解的有機物的量大，微生物在滿足自身生長所需而消耗有機物的過程中消耗不了的過多的氨氮則只能通過硝化菌將其轉化為了硝態氮和亞硝態氮，而作為好氧系統的膜生物反應器，無法促進反硝化作用，這致使硝態氮和亞硝態氮不能及時被轉化為氮氣及其氮氧化物，這就導致了MBR雖然能夠較好的對氨氮去除而不能去除總氮。

2.2 MBR對磷去除特性

船舶生活污水中所含的磷主要來自船員日常生活含磷除污劑和洗滌劑的使用。通過對磷的存在形態（固態與溶解態）的循環轉化的從而達到去除的目的。傳統的除磷方法為化學除磷法和生物除磷法。化學除磷即為向污水中投加化學藥劑（如鈣鹽），使之與污水中的磷酸根發生反應，從而以難溶性的固體沉淀的形式被去除。生物除磷即為利用微生物（聚磷菌等）在好氧條件下吸收污水中的磷，而在厭氧條件下將磷釋放，從而達到磷元素以剩余污泥的形式被排走的目的。

如圖4所示，在測試期內，維持反應器進水總磷在4.90mg/L左右。在反應初期，磷的去除效率不理想。而后通過多次淘洗活性污泥，并且排放少量額污泥，從而提高了對磷的去出效果。在反應的中后期，整個系統達到穩定，但是總磷的去除效果依然不夠理想，只能達到22.18%。由此分析MBR的好氧條件和長泥齡抑制了磷的去除，所以為了進一步提高磷的去除率可采用添加化學藥劑或增設厭氧池的方法，肖景霓[7]采用A2OMBR除磷能使磷的去除率達到96.1%。

結語

（1）在系統運行前期階段，MBR氨氮的去除率僅能達到46.08%，生物反應器部分氨氮的去除率僅能達到45.72%，膜部分的去除率僅能達到0.36%；而后由于硝化細菌的成熟，在反應的中期氨氮總去除率兒可達到93.65%，且污泥能在膜表面形成生物膜。在觀測的最后階段膜部分對氨氮的平均去除率貢獻增大到3.15%。同時通過改變進水氨氮的含量可知其對氨氮具有較好的抗沖擊負荷能力。

（2）由于MBR只能提供較好的好養環境且試驗中排泥量小，所以只能達到較低的總氮和總磷的去除率。

（3）提高曝氣強度并增加排泥量能夠促進MBR對氨氮的去除率。

[1]荊緯.船舶生活污水處理系統優選方法的研究與應用[D].大連海事大學, 2010:1.

[2]張先超.船舶生活污水處理設備研究[D].安徽工程大學,2011:1-3.

[3]Yang W, Cicek N, Ilg J. State-of-the-art of membrane bioreactors: Worldwide research and commercial applications in North America [J], Journal of Membrane Science, 2006. 270: 201-211.

[4]Stephenson T, Judd S, Jefferson, B.膜生物反應器污水處理技術[M]. 化學工業出版社,2003:4-5.

[5]中國船級社73/78公約[M].北京: 人民交通出版社,2003.

[6]阮芳.膜生物反應器處理生活污水的試驗研究[D].天津工業大學,2007:37-38.

[7]肖景霓.膜生物反應器強化除磷脫氮性能研究[D].大連理工大學,2007:76.