關(guān)于MBR系統(tǒng)對(duì)污水的處理效果探析
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摘要：本課題主要研究了將自制復(fù)合膜制成簾式膜組件，應(yīng)用于倒置A2/O-MBR系統(tǒng)中，常溫下處理模擬生活污水，考察了MBR系統(tǒng)對(duì)COD、氨氮、總氮、總磷的去除效果，膜對(duì)濁度、TOC的截留作用。結(jié)果表明：膜生物反應(yīng)器在常溫下對(duì)模擬生活污水中COD、氨氮、總氮和總磷的去除率分別達(dá)到了90%、98%、75%和50%以上，出水水質(zhì)穩(wěn)定。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，復(fù)合膜以11±0.5L・m2/h的通量連續(xù)運(yùn)行，對(duì)膜進(jìn)行反復(fù)使用及化學(xué)清洗，膜絲未出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，表明復(fù)合膜具有很好的抗拉、抗壓強(qiáng)度性能。
關(guān)鍵詞：倒置A2/O-MBR;PVA;回流比;生活污水
A2/O作為傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝被污水廠廣泛運(yùn)用，但在工程實(shí)際運(yùn)用中存在很多問題，如脫氮與除磷之間存在著碳源競(jìng)爭(zhēng)[1]，而城市生活污水的碳源濃度相對(duì)較低，很難同時(shí)達(dá)到高效的脫氮除磷效果;針對(duì)傳統(tǒng)A2/O工藝的碳源競(jìng)爭(zhēng)問題，研究者將傳統(tǒng)工藝中的缺氧區(qū)提前，形成了倒置A2/O工藝，讓厭氧區(qū)和好氧區(qū)相連，使厭氧釋磷后保持較高的吸磷動(dòng)力，同時(shí)提高了脫氮除磷的效果[2-6]。
膜生物反應(yīng)器(MBR)是20世紀(jì)末發(fā)展起來的一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)臺(tái)的新型水處理技術(shù)，以膜組件取代二沉池有效實(shí)現(xiàn)了固液分離[7]，增加了曝氣池中活性污泥的濃度、提高了生物降解的速率，同時(shí)也降低了比負(fù)荷，并減少剩余污泥的產(chǎn)生量。膜生物反應(yīng)器工藝由于膜分離的截留作用基本上解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的問題。
本研究將倒置A2/O和MBR組合起來形成組合工藝，處理模擬生活污水和實(shí)際生活污水，擬解決傳統(tǒng)工藝的缺點(diǎn)，最大限度地提高脫氮除磷效果。通過FTIR技術(shù)分析膜表面污染物的主要成份，并通過原子力顯微鏡測(cè)試膜與膜池內(nèi)主要污染物之間微觀作用力的大小，經(jīng)兩方面探究組合工藝膜污染機(jī)制，為實(shí)際污水處理中工藝升級(jí)改造及減緩膜污染提供有效依據(jù)。
一、實(shí)驗(yàn)部分
1.1實(shí)驗(yàn)裝置與運(yùn)行參數(shù)
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
Fig.1 Schematic diagram of experimental apparatus
實(shí)驗(yàn)所用倒置A2/O-MBR裝置如圖1所示。原水經(jīng)蠕動(dòng)泵進(jìn)入到缺氧池，再經(jīng)擋板過流到厭氧池，再經(jīng)穿孔擋板溢流進(jìn)入好氧池，好氧池膜區(qū)設(shè)置污泥回流管，回流污泥到缺氧池。膜組件放置在好氧池泥水混合液中，經(jīng)蠕動(dòng)泵抽吸出水，抽停時(shí)間由時(shí)間繼電器控制。
實(shí)驗(yàn)所用膜絲為自制高強(qiáng)度PVA親水化改性復(fù)合膜，鑄膜液體系由DMAC/PVDF/LiCl/PVA按一定比例配置而成[8，9]。將此復(fù)合膜制成簾式組件應(yīng)用于倒置A2/O-MBR體系中，考察MBR體系中膜對(duì)顆粒物的去除及膜性能的變化。復(fù)合膜基本參數(shù)如表1所示，膜組件及MBR主要運(yùn)行參數(shù)見表2。
表1 復(fù)合膜的基本參數(shù)
表2 倒置A2/O-MBR系統(tǒng)主要參數(shù)
反應(yīng)器以倒置A2/O-MBR工藝連續(xù)運(yùn)行，進(jìn)水連續(xù)，出水抽停結(jié)合，運(yùn)行方式為運(yùn)行9min間歇1min，反應(yīng)器運(yùn)行溫度為室溫(20℃-25℃)，HRT為10h，DO為3.5-4.5mg/L，初始好氧池污泥濃度3.14g・L-1。30天排泥一次。
1.2污泥與進(jìn)水水質(zhì)
實(shí)驗(yàn)所用污泥取自佛山市某污水處理廠，進(jìn)水分別為模擬生活污水。模擬生活污水采用葡萄糖為碳源，NH4Cl為主要氮源(蛋白胨為輔助氮源)，KH2PO4為磷源，其中CaCl2和MgSO4為微量元素，原水水質(zhì)見表3.
表3 原水水質(zhì)
反應(yīng)器接種污泥后悶曝1d，澄清后排去上清液，連續(xù)悶曝2d后放入反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行培養(yǎng)。連續(xù)培養(yǎng)3d后，反應(yīng)器進(jìn)入正式運(yùn)行。
1.3分析方法
每天取樣一次，放于冰箱貯存待測(cè)。其中COD、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、總氮、總磷、MLSS等采用《水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[10]中標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定，pH采用pH計(jì)測(cè)定，DO采用便攜式溶解氧儀測(cè)定。
二、結(jié)果與討論
2.1MBR系統(tǒng)對(duì)氮、磷的去除
2.1.1COD的去除率
圖2 污水中COD的去除效果
Fig.2 COD removal efficiency of wastewater
使用模擬生活污水作為原水，運(yùn)行了73天，對(duì)進(jìn)出水COD進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如上圖2所示。由圖中可知進(jìn)水COD在411.2-699.2mg/L之間，平均值為568mg/L。出水COD在3.84-54.42mg/L之間，平均值分別36.62mg/L，COD的去除效率均在90%以上，達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》指標(biāo)。系統(tǒng)進(jìn)水COD波動(dòng)較大，但出水COD穩(wěn)定在55mg/L以下，且處理效果穩(wěn)定，說明該系統(tǒng)對(duì)COD具有較強(qiáng)抗沖擊負(fù)荷的能力，對(duì)COD有良好的去除效果。反應(yīng)器中COD的去除主要是靠異養(yǎng)菌的降解和吸收，膜對(duì)活性污泥的截留作用，使反應(yīng)器能夠一直維持較高的污泥濃度，降低了單位污泥負(fù)荷，MBR的結(jié)構(gòu)及曝氣形成強(qiáng)烈混合作用，使厭氧池流入的有機(jī)物和活性污泥充分接觸，進(jìn)一步促進(jìn)了有機(jī)物質(zhì)的降解。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，膜生物反應(yīng)器更有利于有機(jī)物的去除。
2.1.2氮素的去除率
生物脫氮是指污水中以有機(jī)氮、氨氮形式存在的氮被轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑥亩鴾p少水中氮素的含量。氨氮的去除主要在曝氣池中進(jìn)行，在A2/O 工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行中，起硝化作用的主要是硝化菌，可分為自養(yǎng)型硝化菌和異養(yǎng)型硝化菌兩類，異養(yǎng)型硝化細(xì)菌僅占很少一部分，生物脫氮過程中起硝化作用的主要是自養(yǎng)型硝化細(xì)菌，它直接影響污水處理系統(tǒng)的硝化作用和生物脫氮效率，是污水生物脫氮的關(guān)鍵性因素[11]，倒置A2/O-MBR系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果如圖3所示。
圖3 污水中氮素的去除效果
Fig.3 Nitrogen removal efficiency of wastewater
由圖3可看出進(jìn)水的氨氮在36.6-45.7mg/L之間，平均值為41.14mg/L，出水氨氮在0.06mg/L-0.94mg/L之間，平均值分別0.32mg/L，氨氮的去除效率在98%以上，系統(tǒng)在一個(gè)運(yùn)行周期期間一直不排泥，致使污泥齡較長(zhǎng)，高泥齡有利于世代時(shí)間長(zhǎng)的硝化菌的大量繁殖，且反應(yīng)器中的溶解氧充足，硝化菌不會(huì)因與異養(yǎng)菌爭(zhēng)奪溶解氧而使硝化能力受限制，有利于硝化菌對(duì)氨氮的降解。當(dāng)氨氮的進(jìn)水濃度發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果基本沒有改變。試驗(yàn)期間出水總氮濃度為2.7～33mg/L，TN的去除率為63%-89%，波動(dòng)較大�？赡苁怯捎诜磻�(yīng)器中的溶解氧較高，污泥回流到缺氧池，溶解氧偏高造成的。溶解氧較高時(shí)可以保證系統(tǒng)中硝化細(xì)菌的硝化條件，但使反硝化細(xì)菌受到了一定的抑制。因此控制反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的水平，是膜生物反應(yīng)器工藝實(shí)現(xiàn)生物脫氮的關(guān)鍵要素。
2.1.3總磷的去除率
由圖4中可看出進(jìn)水的TP在4.3-8.7mg/L之間，出水TP在2.2-3.6mg/L之間，TP的去除效率在50%左右，TP不能有效的生物強(qiáng)化去除，TP 的去除主要靠生物自身增長(zhǎng)合成來去除，由于試驗(yàn)初期，由于污泥生長(zhǎng)需要吸收一部分磷，總磷的去除率較高，而后期由于系統(tǒng)內(nèi)沒有進(jìn)行排泥，使得微生物過度吸收的磷不能及時(shí)排出系統(tǒng)，而又重新釋放在反應(yīng)器內(nèi)，造成后期出水含磷量升高。
圖4 污水中TP的去除效果
Fig.4 TP removal efficiency of wastewater
除磷是膜生物反應(yīng)器工藝中的難點(diǎn)，從大多數(shù)工藝運(yùn)行結(jié)果來看，出水濃度難以達(dá)標(biāo)。遲軍[12]等進(jìn)行了一體化復(fù)合式MBR除磷研究，通過對(duì)比試驗(yàn)，研究了不同工藝組合條件下一體化復(fù)合式MBR(HCMBR)的除磷效果。研究表明，在無厭氧段的情況下，反應(yīng)器內(nèi)保持好氧狀態(tài)的同時(shí)，填料內(nèi)部存在厭氧環(huán)境，TP的去除率為22%;在有厭氧段(A/O)的情況下，TP的去除率可達(dá)70%。
2.2膜對(duì)污染物的截留作用
2.2.1膜對(duì)TOC的去除效果
膜對(duì)TOC的去除效果如圖5所示。由圖5可知，好氧池末端TOC的最低濃度為1.15mg/L，最高濃度為6.88mg/L，膜出水的最低濃度為0.303mg/L，平均濃度為1.33mg/L。復(fù)合膜對(duì)TOC具有良好的去除效果。進(jìn)一步減少了出水中污染物的含量，保證水質(zhì)的達(dá)標(biāo)。A2/O-MBR對(duì)有機(jī)污染物具有雙重的去除作用，A2/O生物處理系統(tǒng)在污染物的去除方面占主導(dǎo)地位，同時(shí)膜面富集的微生物形成的生物膜及膜的高效截留作用強(qiáng)化了對(duì)污染物的二次去除。
圖5 膜出水TOC與好氧池末端TOC比較
2.2.2膜對(duì)濁度的去除效果
復(fù)合膜對(duì)出水水質(zhì)濁度的去除，系統(tǒng)處理模擬生活污水的運(yùn)行期間，膜出水濁度最高為0.27NTU，平均濁度為0.08NTU。說明復(fù)合膜對(duì)污水中顆粒物具有很好的截留效果。
三、結(jié)論
1)膜生物反應(yīng)器在常溫下對(duì)模擬生活污水中COD、氨氮、總氮和總磷的去除率分別達(dá)到了90%、98%、75%和50%以上，對(duì)實(shí)際生活污水中COD、氨氮、總氮和總磷的去除率分別達(dá)到了78%、95%、54%和20%以上，出水水質(zhì)穩(wěn)定。
2)在整個(gè)試驗(yàn)過程中，復(fù)合膜以11±0.5L・m2/h的通量運(yùn)行3個(gè)月，對(duì)膜進(jìn)行反復(fù)使用及化學(xué)清洗，膜絲未出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，復(fù)合膜具有很好的抗拉、抗壓強(qiáng)度性能。
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