A2O-MBR及ECO组合工艺处理高浓度生活污水的脱氮除磷效果研究

马锡敏，徐武东,马立峰，张 建,夏仙兵,孔伊芳

(宁波中车时代传感技术有限公司，浙江 宁波 315000)

A2O-MBR及ECO组合工艺处理高浓度生活污水的脱氮除磷效果研究

马锡敏，徐武东,马立峰*，张 建,夏仙兵,孔伊芳

(宁波中车时代传感技术有限公司，浙江 宁波 315000)

脱氮除磷一直是生活污水处理的难点。A2O-MBR处理工艺受进水水质碳氮比、进水流量、活性污泥泥龄、环境温度等因素影响较大，导致出水总氮、氨氮、总磷指标不稳定。针对以上问题，探索了A2O-MBR、ECO组合工艺处理高浓度生活污水的脱氮除磷效果。结果显示该组合工艺对氨氮、总磷去除效果显著，氨氮出水为0.313mg/L，总磷出水为0.25mg/L；出水总氮相对较高为15.2mg/L。通过组合工艺处理，出水氨氮、总氮、总磷均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标要求。

脱氮除磷；A2O-MBR；ECO工艺；高浓度生活污水；一级B标

近年来，随着城镇污水处理厂提标改造工程的实施，部分地区对生活污水出水水质指标要求也越来越高。传统的活性污泥法对生活污水中的化学需氧量、固体悬浮物、生化需氧量具有较好的处理效果。但由于受活性污泥驯化、进水水质碳氮比、进水量波动、排泥周期、环境温度等因素限制，脱氮除磷效果波动较大。ECO(电催化氧化)污水处理工艺效率不受 pH、温度、盐度等因素影响，且抗负荷冲击能力较强，在水处理领域有较好的运用[1]。当然在采用ECO处理生活污水过程中，也受到相关条件约束。当进水悬浮物含量浓度较高时，无法满足ECO工艺要求的 SS≤35 mg/L 的进水标准[2]。

目前A2O-MBR及ECO组合工艺在海上平台生活污水处理领域有较多的应用和研究。经过该组合工艺处理后，出水可达到。在生活污水处理领域应用较少。由于真空收集污水污染物浓度较高，经过A2O-MBR处理后氮、磷指标很难达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)标准要求。

探索新型组合工艺对脱氮除磷效果的研究，不仅可以提高高浓度生活污水处理效果，而且对一般生活污水提标改造具有一定可行性。本文根据A2O-MBR及ECO处理工艺的特点并结合相关文献[3]，研究A2O-MBR、ECO组合工艺处理高浓度生活污水的脱氮除磷效果。

1 材料与方法

1.1 实验装置与运行参数

图1 实验装置图

Fig.1 experimental device diagram

图2 工艺流程图

2.2 实验方法

实验进水为高浓度生活污水，主要为冲厕废水及洗手污水。污物收集系统与客车污物收集系统相类似，便器污水通过真空集污系统收集，由于真空收集用水量很少(单次耗水为500～800mL)，收集污水污染物浓度远高于普通生活污水。进水水质参照取至K245次(泰州-成都)和1363次(北京-成都)密闭式集便器收集污水及实验室实测进水水质指标，具体指标如表1所示。本研究为观察电催化氧化对高浓度出水磷的处理结果，且在某些领域，如船舶航海、铁路运输、海上平台，由于受到周边环境等因素限制，影响设备排泥周期，研究组合工艺延长周期排泥对脱氮除磷效果影响具有重要的意义。故在本系统试验研究过程中，未对A2O-MBR设备进行排泥处理，大量的磷富集在好氧区，导致生化处理后，超滤膜出水总磷指标浓度较高。

表1 进水水质特征 mg/L

电催化氧化过程采用铝钛合金为电解材料。钛作为基体材料，导电性良好，属于活泼金属，在含氧环境中会在表面形成一层氧化物膜，化学稳定性好，耐腐蚀性强[4]。污水在电场作用下，生成氧化性极强的羟基自由基、活性氯等氧化剂，通过氧化作用去除COD、氨氮等污染物。部分氨氮在电化学反应器内被直接氧化或间接氧化为氮气和氮氧化物。电催化氧化产生的可溶性[Al(OH)6]3-等多核羟基配合物或氢氧化物，可以作为混凝剂将磷酸盐等物质吸附，通过沉淀、固液分离后去除。

电催化氧化电流密度、水力停留时间经过查阅相关文献[5-7]并在实验室大量实验的基础上确定。本方案控制电流密度为220A2/m2，电催化水力停留时间为15min。在电解过程中投加一定量催化剂，一方面加快反应速度，减少水力停留时间，另一方面减少电催化氧化电流强度，节省能源。进水通过催化氧化处理后，经过过滤器过滤后出水。电催化氧化主要化学方程式如下所示：

4OH--4e→2H2O+2[O]

(1)

2Cl--2OH-→2OCl-+H2↑+2e

(2)

Al3+-3OH-→Al(OH)3↓

(3)

(4)

3 结果与讨论

3.1 A2O工艺脱氮除磷效果分析

高浓度生活污水经过A2O+MBR工艺处理后，氨氮、总氮浓度显著降低，出水总磷浓度较高。一方面污泥未定期排放影响膜生物反应器对高浓度生活污水除磷效果；另一方面，过量的总磷为接下来电催化氧化除磷提供研究数据。A2O工艺出水氨氮、总氮、总磷均未达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B标要求。考虑ECO进水水质对悬浮物浓度有一定要求，故对A2O+MBR工艺出水悬浮物进行检测。经过平板膜过滤后，出水悬浮物浓度为16mg/L，满足一级B标要求，肉眼观察出水为透明、淡黄色液体。实测值与标准值比较如下图所示。

图3 A2O工艺出水水质指标

3.2 ECO工艺脱氮除磷效果研究

经过膜生物反应器处理过的污水考虑采用ECO工艺进行深度脱氮除磷处理。ECO工艺脱氮除磷效果如表2所示。

通过水质检测结果显示，ECO工艺对氨氮、总磷去除效果显著。其中氨氮出水含量为0.313mg/L，去除率为96.2%；总磷出水含量为0.25mg/L，去除率为99.4%。总氮去除效果较氨氮、总磷相对不理想，总氮去除率为40%。主要原因为氨氮通过电催化氧化作用转化为氮气及氮氧化合物，其中氮气从水中溢出，氮氧化物仍留在水体内，包含在总氮指标中。各指标出水含量满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B标要求。氨氮、总氮、总磷实测值与标准值比较如下图所示。

图4 ECO工艺出水水质指标

A2O-MBR与ECO组合工艺对脱氮除磷具有一定效果。通过改变电流密度、电解槽水力停留时间等参数观察最终出水水质。未发现电催化氧化同步对氨氮、总氮、总磷均有较好去除效果，通过改变相关参数，氨氮、总磷去除效果差异性显著，总氮变化较小，这与A2O-MBR工艺、ECO工艺不同工作原理及脱氮除磷原理有关。由于脱氮除磷对周围环境需求不一样，很难在同一段工艺下同步达到高效率脱氮除磷的目的。

表2 A2O-MBR耦合ECO工艺脱氮除磷效果

4 结论

通过对A2O-MBR、ECO组合工艺处理高浓度生活污水脱氮除磷效果的研究，结果显示：

(1)该组合工艺对除磷效果显著。由于A2O-MBR设备未定期进行排泥，生化处理后超滤膜出水总磷含量较高。通过ECO工艺处理后，总磷为0.25mg/L，去除率为99.4%，处理效果良好。A2O-MBR段总磷去除效果受污泥泥龄影响显著，经过ECO工艺处理后，可显著提高处理效果。在海洋船舶、海上钻井平台等领域，由于受周边环境因素等限制，污泥排泥周期较长。在延长A2O-MBR设备排泥周期同时，污水经过ECO工艺处理仍可达到相关排放标准要求。同时可以为农村生活污水提标改造提供指导意义。

(2)生化处理后，总氮含量显著降低。经过电催化氧化工艺处理，总氮去除率为40%。总氮去除效果在A2O-MBR段显著，ECO去除效果欠佳。在组合系统运行过程中，可调节A2O-MBR段相关参数提高总氮去除率[8-9]。

(3)氨氮去除效果良好。经过膜生物反应器处理，进水中大量氨氮得到去除。膜生物反应器出水经过电催化氧化处理后，处理效果显著。可以看出A2O-MBR、ECO工艺对氨氮均有较好的去除效果。

本研究旨在通过不同污水处理工艺组合，研究系统整体脱氮除磷的效果。由于受不同条件制约，在同一工艺段很难达到同步高效脱氮除磷的目的。通过调整、优化各工艺段的技术参数，发挥组合工艺各段处理特定污染物的优势，从而达到高效脱氮除磷的目的。

[1] 张重德,闫 肃,滕厚开,等. ECO一体化反应器处理海上平台生活污水试验研究[J].工业水处理,2014,34(5):73-75.

[2] 伍 波,李 鹏,张 波,等.负载型粒子电极电催化氧化苯酚的研究[J].中国环境科学,2015,35(8):2426-2432.

[3] 黄彦锋,李洪涛,段敬尧,等. MBR耦合ECO处理海上平台生活污水技术研究[J].工业水处理,2016,36(8):28-31.

[4] 赵 瑾. 电催化高级氧化技术处理冲厕海水研究[D].天津:天津大学,2012.

[5] 郑国河.电催化降解饮用水硝酸盐的实验研究[D].西安：陕西师范大学,2009.

[6] 秦静静. 电化学催化氧化法处理含氮废水的研究[D].西安：陕西科技大学,2016.

[7] 国家环保局.GB 8978-1996,污水综合排放标准[S].北京：中国标准出版社，1998.

[8] 李思敏，杜国帅，唐锋兵.改良A2/O工艺对低碳源污水的脱氮除磷性能分析[J].中国给水排水,2013,29(12):25-29.

[9] 张 辰,谭学军.复合倒置A2/O工艺优化运行参数研究[JJ].给水排水,2009,35(11):25-28.

StudyontheNitrogenandPhosphorusRemovalEffectofDomesticSewageofHighConcentrationswithA2O-MBRandECOCombinationProcess

MaXimin,XuWudong,MaLifeng*,ZhangJian,XiaXianbing,KongYifang

(Ningbo Crrc Times Transducer Technology Co., Ltd.,Ningbo 315000,China)

Nitrogen and phosphorus removal has been the difficulty of domestic sewage treatment. A2O-MBR treatment process is affected by factors such as carbon and nitrogen ratio, influent flow rate, activated sludge age and ambient temperature, which leads to the instability of total nitrogen, ammonia and total phosphorus. In view of the above problems, the study of A2O-MBR and ECO combined treatment on denitrification and dephosphorization of high concentration domestic sewage were explored. The results showed that the combined process had significant effect on ammonia and total phosphorus removal, ammonia was 0.313mg/L, the total phosphorus effluent was 0.25mg/L, and the total nitrogen content was 15.2mg/L.By combining process, the discharge ammonia nitrogen, total nitrogen and total phosphorus meet the requirements of grade B of the《Discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant》(GB18918-2002).

nitrogen and phosphorus removal; A2O-MBR; ECO process; high concentration of domestic sewage;requirements of grade B

2017-09-28

马锡敏(1976—)，四川西充人，高级工程师;通讯作者：马立峰。

X703

A

1008-021X(2017)22-0168-03

(本文文献格式：马锡敏，马立峰，徐武东,等.A2O-MBR及ECO组合工艺处理高浓度生活污水的脱氮除磷效果研究[J].山东化工，2017，46(22)：168-170.)