低氧A2O-MBR一體化污水處理裝置中試研究

盧鳳華，賴志鵬 ，張遠斌，李俊賢，賴信可

(福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000)

隨著國家加大水環境治理重視，近幾年各地不斷提高污水處理排放標準，大多采用膜生物反應器(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，強化對污染物的處理能力，剩余污泥產量低，占地面積小，同時可集成小型一體化裝置，廣泛用于分散式污水處理項目[4-7]。目前，國內已對大型污水廠的MBR工藝開展了廣泛研究，但對于小型化的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，研究裝置對污水的處理效果，以期為相關研究及生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置與運行方式

試驗的MBR一體化污水處理裝置由厭氧池、缺氧池、好氧膜池、設備間組成(即A2O-MBR)，見圖1，其中好氧池和膜池設為一體，厭氧池和缺氧池中間設隔板但底部折流開孔相連，缺氧池和好氧膜池中間設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格柵，污水由超細格柵進入裝置，缺氧池設置穿孔管進行攪拌，好氧池內設有微孔曝氣盤，膜組件放置一側，膜組件底部設置穿孔曝氣管，同時在好氧膜池底部設置排泥管，上部設置溢流管。好氧膜池污泥混合液經回流泵1回流至缺氧池(R1=100%)，缺氧池污泥混合液經回流泵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

裝置的運行方式主要包括以下幾個部分：

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

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

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

(3)產水。通過泵抽吸產水，其中由PLC控制電磁閥和抽吸泵，實現出水8min，停止2min的出水方式。

中試試驗采用簾式的PVDF中空纖維膜，膜組件參數見表1所示。

1.2 試驗進水與接種污泥

裝置進水來自龍巖市某城市生活污水處理廠沉砂池后的出水，試驗期間水質如表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 進水水質Tab.e 2 inlet water quality

1.3 試驗監測指標及方法

監測指標有CODcr、TP、氨氮、TN、溫度、ORP、DO、PH、MLSS等指標，其中，溫度、ORP、DO、PH指標采用在線儀表與WTW便攜式儀表監測，CODcr、TP、氨氮、TN指標每天測1次，采用連華多參數測定儀監測，MLSS每天在現場用便攜式污泥濃度計測定，每10天根據水與廢水監測分析方法(第四版)方法在試驗室分析測定[8]。

2 試驗結果與討論

2.1 好氧膜池DO、ORP變化

如圖2所示，通過調節曝氣量，試驗期間控制好氧膜池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過高導致脫氮除磷效果受影響和污泥老化現象的發生。

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活性污泥法，為裝置的穩定運行提供了良好的保障，系統MLSS變化見圖3。

圖3 系統MLSS變化

Fig.3 The Changes of MLSS

2.3 污染物去除效果

2.3.1 對CODcr的去除效果

圖4是試驗期間CODcr的去除效果，試驗發現當系統進水CODcr為173.1～367.2mg/L時，CODcr去除率為84.9%～98.0%，平均去除率為90.7%，其中當系統進水CODcr=367.2mg/L時，CODcr去除率為95.0%，同時出水CODcr均穩定<50mg/L，說明膜分離工藝能保障出水穩定，抗沖擊負荷能力強，同時對CODcr的去除效果可穩定維持較高水平。

圖4 中試裝置對CODcr的去除效果

Fig.4 The removal effect of CODcr by pilot plant

MBR對有機物的降解機理主要分為以下兩方面：一方面是膜截留作用使得裝置內富集濃度高的微生物，強化了微生物降解作用；另一方面是大分子有機物被膜截留在裝置內部，使得微生物有足夠接觸時間去降解這些大分子有機物，提高系統的有機物去除效率。

2.3.2 對氨氮的去除效果

氨氮主要由微生物的硝化作用去除，試驗通過調節好氧膜池微孔曝氣和膜箱穿孔管曝氣，維持系統處于低氧狀態(約0.2～0.5mg/L)，對氨氮的去除效果如圖5所示。試驗發現當系統進水氨氮10.62～48.36mg/L時，進水TN為27.59～58.72mg/L，出水氨氮為0.02～5.85mg/L，對氨氮的去除率為74.74%～99.93%，平均去除率為93.80%，出水氨氮小于5mg/L的數據占比約92.9%。試驗表明，當DO處于0.2～0.5mg/L時，出水的硝化作用仍較好，通常硝化作用受系統的DO和硝化菌數量兩個條件共同影響[10]，雖然試驗的DO較低，但是與傳統活性污泥法MLSS相比，MBR工藝因膜截留富集大量污泥(MLSS高達9000mg/L)，從而也增加硝化菌數量，同時據文獻報道，低氧環境下，系統可發生同步硝化作用，這可能是本試驗維持低氧狀態時，出水氨氮仍較低的原因[11]。

圖5 中試裝置對氨氮的去除效果

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

2.3.3 對TN的去除效果

對TN的去除效果如圖6所示，試驗發現當系統進水TN為27.59～58.72mg/L，出水TN為2.20～14.88mg/L，對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。試驗數據表明出水中的TN含量低至2.20mg/L，系統脫氮效果穩定，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量，二是因好氧膜池維持低氧狀態，至缺氧池的回流液并未破壞反硝化環境[12]，經過監測分析，缺氧池DO長期維持在0mg/L。

圖6 中試裝置對TN的去除效果

Fig.6 The removal effect of TN by pilot plant

2.3.4 對TP的去除效果

對TP的去除效果如圖7所示，試驗發現當系統進水TP為0.93～6.38mg/L，出水TP為0.10～0.62mg/L，對TP的去除率為65.5%～96.4%，平均去除率為86.7%，試驗期間出水的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TP的去除效果

Fig.7 The removal effect of TN by pilot plant

經分析，中試試驗除磷效果好主要基于以下四方面原因：①MBR工藝的除磷微生物數量多于傳統活性污泥法系統；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境；④及時排泥。

3 結論

(1)A2/O-MBR一體化污水處理裝置對城市生活污水的去除效果良好且穩定，對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)試驗發現，控制好氧膜池DO約為0.2～0.5mg/L，ORP約為60～100mV時，因MBR工藝截流大量污泥(MLSS約9000mg/L)，硝化菌數量比傳統活性污泥法高，因此也能使氨氮的平均去除率達到93.80%，該試驗現象為MBR工藝采用低氧運行以達到減少曝氣能耗提供借鑒意義。

(3)MBR工藝的MLSS大于傳統活性污泥法工藝，強化脫氮除磷。