三段進水對3AO-MBBR一體化生活污水處理設備脫氮除磷效率的影響研究

袁書林

（四川興環科環保技術有限公司，四川 綿陽 621000）

我國一體化生活污水處理設備起步較晚，但發展勢頭迅猛。工藝有生物轉盤、SBR、AO、A2O、MBR、MBBR等[1]。一體化污水設備具有占地面積小、管理運行方便、節約管網投資等優點而受到推崇[2]。但從其運行效果看，氮磷超標較多，出水不能穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級B標準。

1 3AO-MBBR工藝優勢

A2O工藝回流的硝態氮進入厭氧池，會在厭氧池內進行反硝化，產生游離氧破壞厭氧環境，反硝化微生物爭奪釋磷菌所需碳源，這都會對生物除磷產生不利影響。3AO在A2O工藝前端增設預缺氧池，有更高效的脫氮除磷效果[3]。原因是：回流污泥中攜帶的硝酸鹽在預缺氧池已經消耗殆盡，消除了硝態氮對后續厭氧池除磷的不利影響，從而提高厭氧池的穩定性和生物除磷效果，并且微生物厭氧釋磷后直接進入生化效率較高的好氧環境，使其在厭氧條件下形成的吸磷動力得到更有效的利用[4]。

MBBR工藝中，移動填料表面生物膜從內到外形成厭氧區/缺氧區/好氧區的結構，這為不同種群的微生物生長提供了良好的環境和相對獨立的空間，因而具有實現同步硝化反硝化脫氮除磷的良好條件，特別適合低C/N（碳氮比）污水的生物脫氮[5]。針對城鎮污水廠提標建設的核心任務是提高TN、TP等的去除效果，結合3AO、MBBR工藝的優勢，在3AO中的好氧區投放一定比例的懸浮生物填料，形成3AOMBBR組合工藝的一體化生活污水處理設備。

實際工程應用中碳源對脫氮除磷很大，張小玲等通過試驗得出，COD/TN=6.4，總氮去除效率高于85%[6]。榮宏偉等人通過研究發現，在生物除磷過程中去除1 mg溶解磷大約需要20 mgVFA-COD[7]。小城鎮生活污水中低碳源是很普遍的，在不投加碳源的前提下，本試驗通過分析預缺氧池、厭氧池和缺氧池三段進水的不同占比，研究該工藝出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A標準的可行性。

2 中試試驗

2.1 3AO-MBBR一體化生活污水處理設備

2.1.1 工藝流程及工藝參數

該一體化生活污水處理設備為中試設備，工藝流程如圖1所示，采用3AO與MBBR結合工藝。工藝參數：預缺氧池水力停留時間（HRT）0.5 h，厭氧池HRT=1.5 h，缺氧池HRT=4.0 h，好氧池HRT=7.0 h，沉淀池表面負荷：1.0 m3/（m2·h）；氣水比為8:1；好氧池聚氨酯懸浮填料投加比例為30%，混合液體回流量為300%，污泥回流量為100%，混合液回流、污泥回流采用氣提回流，達到節能目的，排泥通過電動閥自動進行。

圖1 設備工藝流程

2.1.2 進水水質及處理水量

處理污水為某安置小區生活污水，污水成分相對單一，無工業廢水。中試設備處理水量為30 m3/d（相當于1.5 m3/h），進水水質如表1所示。

2.1.3 設備尺寸

一體化生活污水處理設備尺寸為6.3 m×2.0 m×2.5 m，設備平面圖如圖2所示，采用6 mm碳鋼，內部環氧煤瀝青制作，設備間放置回轉風機、管式紫外消毒器、控制柜、電磁閥、電動閥和電磁流量計。

2.2 中試內容

對比預缺氧池、厭氧池、缺氧池不同的進水占比，找到最佳的分段進水占比。關于進水比例，通過調節進水閥門控制流量，每個進水占比下設備連續運行7 d，水質每天取樣測試2次，取平均值。對比最佳三段分段進水與單點進水的試驗，比較分析TN、TP的去除率，單點進水即采用A2O工藝。

圖2 設備尺寸

表1 設計進水水質

2.3 中試水質分析方法

TN、TP、氨氮、硝態氮和COD分別采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法、鉬銻抗分光光度法、納氏試劑分光光度法、紫外分光光度法和重鉻酸鉀法測定，參照《水和廢水檢測分析方法》。pH、DO、溫度分別采用便攜式pH計、溶氧儀和溫度計測量。

3 結果與討論

3.1 預缺氧段不同進水占比對TN、TP的影響

固定厭氧段進水流量為0.6 m3/h，占40%。由圖3可知，調節預缺氧段進水流量，流量在0～10%時，出水TP隨著進水占比的增大而減小，說明預缺氧段分配的進水比例越高，硝態氮對后續厭氧池除磷的不利影響越小，厭氧釋磷越多，出水TP濃度越低。同時，這也說明在設備預缺氧區進水能有效提高總磷的去效率。流量在10%～20%時，TP隨著進水占比的增大趨于穩定，流量在20%～50%時，TP隨著進水占比的增大而增加，主要原因是回流污泥中硝態氮只需要10%的進水占比，就能滿足反硝化需要的碳源。預缺氧段進水占比對TN去除無明顯影響，通過以上分析可知，預缺氧段進水流量為10%最佳。

圖3 預缺氧池進水占比（%）

3.2 厭氧段、好氧段最佳進水占比

固定預缺氧段進水流量為0.15 m3/h，占10%。由圖4可知，調節厭氧段進水流量，隨著厭氧進水占比增加，TP濃度呈下降趨勢，變化范圍在0.40～0.62 mg/L，TN濃度呈上升趨勢，變化范圍在12.5～17.0 mg/L，說明預缺氧進水占比不變，厭氧段進水占比越高，出水TP越低，缺氧段進水占比越高，出水TN越低。TP、TN均滿足一級A時，厭氧段進水占比為40%，缺氧段進水占比為50%，通過以上分析可知，3AO-MBBR一體化生活污水處理設備三段進水的最佳占比為：預缺氧段為10%，厭氧段為40%，缺氧段為50%。

3.3 單點進水與最佳三段進水的比較

圖4 厭氧池進水占比（%）

前10 d為厭氧段單點進水，第11 d起按最佳三段占比進水。由圖5、圖6可知，三段進水前TN變化范圍為22.1～22.4 mg/L，TN去除效率均值為50.7%；TP變化范圍為1.60～1.62 mg/L，TP去除效率均值為59.8%，三段進水后，出水TN、TP逐漸降低，20 d后即基本達到穩定。穩定期TN濃度均值為11.9～13.0 mg/L，TN去除效率均值為72.3%，較單點進水去除效率提高21.6%；TP濃度均值為0.38～0.42 mg/L，TP去除效率均值為90.1%，較單點進水去除效率提高30.3%。試驗表明，在最佳三點進水下運行，TN、TP去除效率顯著提高，能穩定達到一級A標準。

圖5 三段進水前后出水TN濃度及去除效率變化

4 結論

試驗表明，3AO-MBBR一體化生活污水處理設備增設預缺氧區，回流污泥中硝態氮在該區域消耗完全，消除了硝態氮對后續厭氧池釋磷的不利影響，能有效提高TP的去除效率。同時，三段進水不同占比的試驗表明，最佳的進水占比為：預缺氧段10%，厭氧段40%，缺氧段50%。在最佳三段進水下運行，預缺氧池分配的進水能滿足回流硝態氮反硝化所需碳源，厭氧池進水能滿足釋磷菌釋磷過程所需碳源，缺氧池進水能滿足混合液回流反硝化脫氮所需碳源，TN、TP去除效率顯著提高，能穩定達到一級A標準。

圖6 三段進水前后出水TP濃度及去除效率變化

最佳三段進水與單點進水的運行結果對比表明，出水TN濃度均值11.9～13.0 mg/L，TN去除效率較單點進水提高21.6%；出水TP濃度均值0.38～0.42 mg/L，TP去除效率較單點進水提高30.3%。目前，國家污水廠提標改造，難點是TN、TP不能穩定達標，使用3AO-MBBR一體化生活污水處理設備，并在最佳三段進水占比下運行，解決了進水碳源分配及低碳源問題，能有效提高總氮、總磷的去除效率。