A/O-超濾膜組合工藝短程反硝化脫氮研究

劉魯建，張嵐欣，董 俊，許存根，熊 蔚，曹斌強，王 威，宋勁強，張雙峰

(1.湖北君集水處理有限公司，湖北 武漢430065；2.湖北省污水資源化工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢430065)

氮是造成水體富營養(yǎng)化和環(huán)境污染的一個重要因子，隨著富營養(yǎng)化問題的突出，廢水的脫氮處理備受關(guān)注。2015年1月1日，我國開始實施新環(huán)保法，為了響應(yīng)國家政策，嚴守法律法規(guī)，全國各地相繼制定并出臺了更為嚴格的污水排放標準，其中對總氮(TN)的要求也較為嚴格。

1 實驗

1.1 原水的配制

將葡萄糖(換算為COD)、硝酸鈉(換算為TN)按一定比例溶解于自來水中，配制成原水。不同批次的原水水質(zhì)見表1。

表1 原水水質(zhì)

1.2 實驗裝置與工藝流程

經(jīng)過計算，自制了一套連續(xù)型污水處理裝置，采用A/O-超濾膜組合工藝進行短程反硝化脫氮實驗。裝置按進水順序依次為：進水蠕動泵-缺氧池(A池)-好氧池(O池)-超濾膜池-蠕動泵，其中，池體均為碳鋼材質(zhì)，管閥為PVC材質(zhì)。系統(tǒng)日處理水量為150 L，A池內(nèi)投加亞硝酸型反硝化菌粉，投加量為30～300 mg·L-1；O池內(nèi)投加亞硝化菌粉，投加量為30～300 mg·L-1；A池、O池內(nèi)投加高濃度(16 000 mg·L-1)的活性污泥(取自湯遜湖污水廠好氧池)；A池、O池內(nèi)設(shè)置槳式攪拌器，以防止高濃度活性污泥沉降，O池底部設(shè)置曝氣盤，配套風機進行曝氣供氧，O池內(nèi)設(shè)置回流管，出水回流至A池進行短程反硝化反應(yīng)，回流比150%～200%。超濾膜池內(nèi)設(shè)置一組簾式膜，為浸沒式中空纖維膜，膜面積為2.8 m2，超濾膜池內(nèi)采用風機進行曝氣供氧，使污水與活性污泥充分接觸，降解污染物，凈化后混合液中的活性污泥被超濾膜截留，同時去除懸浮物及膠體物質(zhì)，透過膜的凈水用蠕動泵抽取后排出。污水處理系統(tǒng)連續(xù)運行數(shù)日，將活性污泥及硝化反硝化菌培養(yǎng)馴化兩周，待出水穩(wěn)定后取樣檢測，超濾膜池內(nèi)的污泥定期回流至生化池或排放。

短程反硝化脫氮工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

1.3 短程反硝化脫氮條件優(yōu)化

1.3.1 C/N對短程反硝化脫氮的影響

設(shè)定DO濃度為1.0 mg·L-1、亞硝酸型反硝化菌及亞硝化菌投加量均為30 mg·L-1，在C/N分別為2、3、4、5的工況下，運行污水處理系統(tǒng)，培養(yǎng)馴化兩周左右，系統(tǒng)基本可穩(wěn)定出水，取樣測定出水TN含量、COD，并計算其去除率。

1.3.2 DO濃度對短程反硝化脫氮的影響

1.4 分析方法

2 結(jié)果與討論

2.1 C/N對短程反硝化脫氮的影響

不同C/N工況下，系統(tǒng)出水TN含量及TN去除率如圖2、3所示。

圖2 不同C/N工況下出水TN含量

由圖2可知，不同C/N工況下，出水TN含量在4～12 mg·L-1范圍內(nèi)，說明A/O-超濾膜組合工藝具有較好的脫氮效果，出水TN含量可滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》的一級A標準。

由圖3可知，在C/N=3的工況下，TN去除率最高。碳源和氮源是維持微生物生長和繁殖的重要營養(yǎng)物質(zhì)，同時也是影響生物脫氮系統(tǒng)的主要因素。研究[8-9]表明，C/N過高會影響系統(tǒng)中硝化菌(亞硝化菌)與異養(yǎng)菌的競爭，導致硝化速率下降，且容易造成資源浪費；若C/N過低，由于碳源不足，反硝化過程缺乏足夠的有機物作為電子供體，會阻礙反硝化的進行，影響整個系統(tǒng)的TN去除效果。

圖3 不同C/N工況下TN去除率

不同C/N工況下，系統(tǒng)出水COD及COD去除率如圖4、5所示。

由圖4可知，不同C/N工況下，出水COD在52～120 mg·L-1范圍內(nèi)，說明A/O-超濾膜組合工藝具有一定的COD去除效果，部分出水COD可滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》的一級A標準。

圖4 不同C/N工況下出水COD

由圖5可知，隨著C/N的增大，COD去除率先升高后變化趨緩，說明過大的C/N也無法提高系統(tǒng)的COD去除率，增大C/N雖然在某種程度上對反硝化脫氮有利，但同時也帶入了過量的碳源，增加了原水的COD，由于A/O-超濾膜組合工藝中A/O為生化處理，對COD的去除率僅有90%～95%，而超濾膜對水中溶解的COD無法有效去除，因此增大C/N不僅造成資源浪費，同時會造成出水COD升高，無法達標排放。因此，必須新增深度處理設(shè)施，對出水進一步處理，以滿足COD排放標準。

圖5 不同C/N工況下COD去除率

由于系統(tǒng)運行初始設(shè)置了較低的DO濃度(1.0 mg·L-1)，根據(jù)理論分析，此時O池內(nèi)主要以亞硝化菌為主導，系統(tǒng)主要進行短程反硝化反應(yīng)，因此對C/N要求較低，C/N=3的工況下，脫氮效率達到最高；而傳統(tǒng)的全程硝化反硝化運行方式一般需要C/N約在5～7才能有較好的脫氮效果。由此可見，短程反硝化更節(jié)約碳源，有利于節(jié)省運行成本。綜合考慮TN及COD去除效果，選擇C/N=3較為適宜。

2.2 DO濃度對短程反硝化脫氮的影響

3 結(jié)論

(1)以自配葡萄糖水為原水，采用A/O-超濾膜組合工藝進行短程反硝化脫氮，出水TN含量可穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》的一級A標準，較傳統(tǒng)全程硝化反硝化更節(jié)能、節(jié)約碳源。