低氧A2O-MBR一體化污水處理裝置中試研究

盧鳳華，賴志鵬 ，張遠(yuǎn)斌，李俊賢，賴信可

(福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000)

隨著國家加大水環(huán)境治理重視，近幾年各地不斷提高污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)，大多采用膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝[1-3]。MBR工藝因膜截留作用可以富集高濃度的微生物，強(qiáng)化對(duì)污染物的處理能力，剩余污泥產(chǎn)量低，占地面積小，同時(shí)可集成小型一體化裝置，廣泛用于分散式污水處理項(xiàng)目[4-7]。目前，國內(nèi)已對(duì)大型污水廠的MBR工藝開展了廣泛研究，但對(duì)于小型化的MBR一體化裝置因膜曝氣量大易造成破壞脫氮除磷的環(huán)境，因此，筆者使用小型化的MBR一體化污水處理裝置開展中試試驗(yàn)，研究裝置對(duì)污水的處理效果，以期為相關(guān)研究及生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置與運(yùn)行方式

試驗(yàn)的MBR一體化污水處理裝置由厭氧池、缺氧池、好氧膜池、設(shè)備間組成(即A2O-MBR)，見圖1，其中好氧池和膜池設(shè)為一體，厭氧池和缺氧池中間設(shè)隔板但底部折流開孔相連，缺氧池和好氧膜池中間設(shè)隔板但上部折流開孔相連。裝置由Q235壓型板制作而成，厭氧池上端放置超細(xì)格柵，污水由超細(xì)格柵進(jìn)入裝置，缺氧池設(shè)置穿孔管進(jìn)行攪拌，好氧池內(nèi)設(shè)有微孔曝氣盤，膜組件放置一側(cè)，膜組件底部設(shè)置穿孔曝氣管，同時(shí)在好氧膜池底部設(shè)置排泥管，上部設(shè)置溢流管。好氧膜池污泥混合液經(jīng)回流泵1回流至缺氧池(R1=100%)，缺氧池污泥混合液經(jīng)回流泵2回流至厭氧池(R2=50%)。

圖1 A2O-MBR工藝流程圖

Fig.1 The A2O-MBR process flow

裝置的運(yùn)行方式主要包括以下幾個(gè)部分：

(1)進(jìn)水。進(jìn)水由潛污泵提升后通過超細(xì)格柵進(jìn)入裝置的厭氧池，其中潛污泵的啟停由裝置內(nèi)部的水位控制。

表1 膜組件參數(shù)Tab.e 1 membrane module parameters

(2)反應(yīng)裝置。Q=50m3/d，厭氧池、缺氧池、好氧膜池水力停留時(shí)間(HRT)分別為1.5h、3.5h、5.5h。

(3)產(chǎn)水。通過泵抽吸產(chǎn)水，其中由PLC控制電磁閥和抽吸泵，實(shí)現(xiàn)出水8min，停止2min的出水方式。

中試試驗(yàn)采用簾式的PVDF中空纖維膜，膜組件參數(shù)見表1所示。

1.2 試驗(yàn)進(jìn)水與接種污泥

裝置進(jìn)水來自龍巖市某城市生活污水處理廠沉砂池后的出水，試驗(yàn)期間水質(zhì)如表2所示。接種污泥來自于該污水處理廠曝氣池的活性污泥，接種污泥MLSS=5880mg/L，MLVSS=2720mg/L，SVI=60mL/g。

表2 進(jìn)水水質(zhì)Tab.e 2 inlet water quality

1.3 試驗(yàn)監(jiān)測指標(biāo)及方法

監(jiān)測指標(biāo)有CODcr、TP、氨氮、TN、溫度、ORP、DO、PH、MLSS等指標(biāo)，其中，溫度、ORP、DO、PH指標(biāo)采用在線儀表與WTW便攜式儀表監(jiān)測，CODcr、TP、氨氮、TN指標(biāo)每天測1次，采用連華多參數(shù)測定儀監(jiān)測，MLSS每天在現(xiàn)場用便攜式污泥濃度計(jì)測定，每10天根據(jù)水與廢水監(jiān)測分析方法(第四版)方法在試驗(yàn)室分析測定[8]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 好氧膜池DO、ORP變化

如圖2所示，通過調(diào)節(jié)曝氣量，試驗(yàn)期間控制好氧膜池DO約為0.2～0.5mg/L，ORP約為60～100mV。采用低氧方式控制MBR工藝一方面可以節(jié)省曝氣能耗，另一方面也避免因好氧膜池曝氣量大，造成回流液DO過高導(dǎo)致脫氮除磷效果受影響和污泥老化現(xiàn)象的發(fā)生。

圖2 中試裝置好氧膜池DO、ORP變化

Fig.2 The changes of DO and ORP in aerobic membrane tank in pilot plant

2.2 污泥濃度的變化

試驗(yàn)期間通過排泥控制好氧膜池濃度約為9000±500mg/L，缺氧池MLSS約為6000mg/L，厭氧池MLSS約為4000mg/L，MBR工藝污泥濃度大于傳統(tǒng)活性污泥法，為裝置的穩(wěn)定運(yùn)行提供了良好的保障，系統(tǒng)MLSS變化見圖3。

圖3 系統(tǒng)MLSS變化

Fig.3 The Changes of MLSS

2.3 污染物去除效果

2.3.1 對(duì)CODcr的去除效果

圖4是試驗(yàn)期間CODcr的去除效果，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水CODcr為173.1～367.2mg/L時(shí)，CODcr去除率為84.9%～98.0%，平均去除率為90.7%，其中當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水CODcr=367.2mg/L時(shí)，CODcr去除率為95.0%，同時(shí)出水CODcr均穩(wěn)定<50mg/L，說明膜分離工藝能保障出水穩(wěn)定，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，同時(shí)對(duì)CODcr的去除效果可穩(wěn)定維持較高水平。

圖4 中試裝置對(duì)CODcr的去除效果

Fig.4 The removal effect of CODcr by pilot plant

MBR對(duì)有機(jī)物的降解機(jī)理主要分為以下兩方面：一方面是膜截留作用使得裝置內(nèi)富集濃度高的微生物，強(qiáng)化了微生物降解作用；另一方面是大分子有機(jī)物被膜截留在裝置內(nèi)部，使得微生物有足夠接觸時(shí)間去降解這些大分子有機(jī)物，提高系統(tǒng)的有機(jī)物去除效率。

2.3.2 對(duì)氨氮的去除效果

氨氮主要由微生物的硝化作用去除，試驗(yàn)通過調(diào)節(jié)好氧膜池微孔曝氣和膜箱穿孔管曝氣，維持系統(tǒng)處于低氧狀態(tài)(約0.2～0.5mg/L)，對(duì)氨氮的去除效果如圖5所示。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水氨氮10.62～48.36mg/L時(shí)，進(jìn)水TN為27.59～58.72mg/L，出水氨氮為0.02～5.85mg/L，對(duì)氨氮的去除率為74.74%～99.93%，平均去除率為93.80%，出水氨氮小于5mg/L的數(shù)據(jù)占比約92.9%。試驗(yàn)表明，當(dāng)DO處于0.2～0.5mg/L時(shí)，出水的硝化作用仍較好，通常硝化作用受系統(tǒng)的DO和硝化菌數(shù)量兩個(gè)條件共同影響[10]，雖然試驗(yàn)的DO較低，但是與傳統(tǒng)活性污泥法MLSS相比，MBR工藝因膜截留富集大量污泥(MLSS高達(dá)9000mg/L)，從而也增加硝化菌數(shù)量，同時(shí)據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，低氧環(huán)境下，系統(tǒng)可發(fā)生同步硝化作用，這可能是本試驗(yàn)維持低氧狀態(tài)時(shí)，出水氨氮仍較低的原因[11]。

圖5 中試裝置對(duì)氨氮的去除效果

Fig.5 The removal effect of ammonia nitrogen by pilot plant

2.3.3 對(duì)TN的去除效果

對(duì)TN的去除效果如圖6所示，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水TN為27.59～58.72mg/L，出水TN為2.20～14.88mg/L，對(duì)TN的去除率為62.2%～94.5%，平均去除率為79.0%，出水TN均小于15mg/L。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明出水中的TN含量低至2.20mg/L，系統(tǒng)脫氮效果穩(wěn)定，分析可能是以下兩方面原因，一是缺氧池高污泥濃度(MLSS≈6000mg/L)富集大量反硝化菌數(shù)量，二是因好氧膜池維持低氧狀態(tài)，至缺氧池的回流液并未破壞反硝化環(huán)境[12]，經(jīng)過監(jiān)測分析，缺氧池DO長期維持在0mg/L。

圖6 中試裝置對(duì)TN的去除效果

Fig.6 The removal effect of TN by pilot plant

2.3.4 對(duì)TP的去除效果

對(duì)TP的去除效果如圖7所示，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水TP為0.93～6.38mg/L，出水TP為0.10～0.62mg/L，對(duì)TP的去除率為65.5%～96.4%，平均去除率為86.7%，試驗(yàn)期間出水的TP大部分小于0.5mg/L，表明中試裝置的生化除磷取得了良好的處理效果。

圖7 中試裝置對(duì)TP的去除效果

Fig.7 The removal effect of TN by pilot plant

經(jīng)分析，中試試驗(yàn)除磷效果好主要基于以下四方面原因：①M(fèi)BR工藝的除磷微生物數(shù)量多于傳統(tǒng)活性污泥法系統(tǒng)；②反硝化脫氮效果較好，使回流液硝酸鹽含量低，削弱了脫氮除磷的競爭關(guān)系；③厭氧池ORP長期維持在-300～-400mV范圍，提供了良好的厭氧釋磷環(huán)境；④及時(shí)排泥。

3 結(jié)論

(1)A2/O-MBR一體化污水處理裝置對(duì)城市生活污水的去除效果良好且穩(wěn)定，對(duì)CODcr、氨氮、TN、TP的平均去除率分為90.7%、93.80%、79.0%、86.7%，平均出水濃度分別22.3mg/L、1.8mg/L、7.8mg/L、0.35mg/L。

(2)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，控制好氧膜池DO約為0.2～0.5mg/L，ORP約為60～100mV時(shí)，因MBR工藝截流大量污泥(MLSS約9000mg/L)，硝化菌數(shù)量比傳統(tǒng)活性污泥法高，因此也能使氨氮的平均去除率達(dá)到93.80%，該試驗(yàn)現(xiàn)象為MBR工藝采用低氧運(yùn)行以達(dá)到減少曝氣能耗提供借鑒意義。

(3)MBR工藝的MLSS大于傳統(tǒng)活性污泥法工藝，強(qiáng)化脫氮除磷。