MBR系統(tǒng)對污水的處理效果研究

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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COD、氨氮、總氮、總磷的去除效果，膜對濁度、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。在整個試驗過程中，復(fù)合膜以11±0.5L・m2/h的通量連續(xù)運行，對膜進行反復(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用，但在工程實際運用中存在很多問題，如脫氮與除磷之間存在著碳源競爭[1]，而城市生活污水的碳源濃度相對較低，很難同時達(dá)到高效的脫氮除磷效果;針對傳統(tǒng)A2/O工藝的碳源競爭問題，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力，同時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)臺的新型水處理技術(shù)，以膜組件取代二沉池有效實現(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際生活污水，擬解決傳統(tǒng)工藝的缺點，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制，為實際污水處理中工藝升級改造及減緩膜污染提供有效依據(jù)。

　　一、實驗部分

　　1.1實驗裝置與運行參數(shù)

　　圖1 實驗裝置示意圖

　　Fig.1 Schematic diagram of experimental apparatus

　　實驗所用倒置A2/O-MBR裝置如圖1所示。原水經(jīng)蠕動泵進入到缺氧池，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)蠕動泵抽吸出水，抽停時間由時間繼電器控制。

　　實驗所用膜絲為自制高強度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)運行，進水連續(xù)，出水抽停結(jié)合，運行方式為運行9min間歇1min，反應(yīng)器運行溫度為室溫(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污泥與進水水質(zhì)

　　實驗所用污泥取自佛山市某污水處理廠，進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)器進行連續(xù)運行培養(yǎng)。連續(xù)培養(yǎng)3d后，反應(yīng)器進入正式運行。

　　1.3分析方法

　　每天取樣一次，放于冰箱貯存待測。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)測分析方法》[10]中標(biāo)準(zhǔn)方法測定，pH采用pH計測定，DO采用便攜式溶解氧儀測定。

　　二、結(jié)果與討論

　　2.1MBR系統(tǒng)對氮、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，運行了73天，對進出水COD進行監(jiān)測，如上圖2所示。由圖中可知進水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)進水COD波動較大，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COD具有較強抗沖擊負(fù)荷的能力，對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)及曝氣形成強烈混合作用，使厭氧池流入的有機物和活性污泥充分接觸，進一步促進了有機物質(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氮、氨氮形式存在的氮被轉(zhuǎn)化為氮氣，從而減少水中氮素的含量。氨氮的去除主要在曝氣池中進行，在A2/O 工藝系統(tǒng)設(shè)計及運行中，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)在一個運行周期期間一直不排泥，致使污泥齡較長，高泥齡有利于世代時間長的硝化菌的大量繁殖，且反應(yīng)器中的溶解氧充足，硝化菌不會因與異養(yǎng)菌爭奪溶解氧而使硝化能力受限制，有利于硝化菌對氨氮的降解。當(dāng)氨氮的進水濃度發(fā)生變化時，系統(tǒng)對氨氮的去除效果基本沒有改變。試驗期間出水總氮濃度為2.7～33mg/L，TN的去除率為63%-89%，波動較大�？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不能有效的生物強化去除，TP 的去除主要靠生物自身增長合成來去除，由于試驗初期，由于污泥生長需要吸收一部分磷，總磷的去除率較高，而后期由于系統(tǒng)內(nèi)沒有進行排泥，使得微生物過度吸收的磷不能及時排出系統(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，從大多數(shù)工藝運行結(jié)果來看，出水濃度難以達(dá)標(biāo)。遲軍[12]等進行了一體化復(fù)合式MBR除磷研究，通過對比試驗，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，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膜對污染物的截留作用

　　2.2.1膜對TOC的去除效果

　　膜對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TOC具有良好的去除效果。進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對有機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，同時膜面富集的微生物形成的生物膜及膜的高效截留作用強化了對污染物的二次去除。

　　圖5 膜出水TOC與好氧池末端TOC比較

　　2.2.2膜對濁度的去除效果

　　復(fù)合膜對出水水質(zhì)濁度的去除，系統(tǒng)處理模擬生活污水的運行期間，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，對實際生活污水中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)在整個試驗過程中，復(fù)合膜以11±0.5L・m2/h的通量運行3個月，對膜進行反復(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、抗壓強度性能。

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