三段进水对3AO-MBBR一体化生活污水处理设备脱氮除磷效率的影响研究

袁书林

（四川兴环科环保技术有限公司，四川 绵阳 621000）

我国一体化生活污水处理设备起步较晚，但发展势头迅猛。工艺有生物转盘、SBR、AO、A2O、MBR、MBBR等[1]。一体化污水设备具有占地面积小、管理运行方便、节约管网投资等优点而受到推崇[2]。但从其运行效果看，氮磷超标较多，出水不能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级B标准。

1 3AO-MBBR工艺优势

A2O工艺回流的硝态氮进入厌氧池，会在厌氧池内进行反硝化，产生游离氧破坏厌氧环境，反硝化微生物争夺释磷菌所需碳源，这都会对生物除磷产生不利影响。3AO在A2O工艺前端增设预缺氧池，有更高效的脱氮除磷效果[3]。原因是：回流污泥中携带的硝酸盐在预缺氧池已经消耗殆尽，消除了硝态氮对后续厌氧池除磷的不利影响，从而提高厌氧池的稳定性和生物除磷效果，并且微生物厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境，使其在厌氧条件下形成的吸磷动力得到更有效的利用[4]。

MBBR工艺中，移动填料表面生物膜从内到外形成厌氧区/缺氧区/好氧区的结构，这为不同种群的微生物生长提供了良好的环境和相对独立的空间，因而具有实现同步硝化反硝化脱氮除磷的良好条件，特别适合低C/N（碳氮比）污水的生物脱氮[5]。针对城镇污水厂提标建设的核心任务是提高TN、TP等的去除效果，结合3AO、MBBR工艺的优势，在3AO中的好氧区投放一定比例的悬浮生物填料，形成3AOMBBR组合工艺的一体化生活污水处理设备。

实际工程应用中碳源对脱氮除磷很大，张小玲等通过试验得出，COD/TN=6.4，总氮去除效率高于85%[6]。荣宏伟等人通过研究发现，在生物除磷过程中去除1 mg溶解磷大约需要20 mgVFA-COD[7]。小城镇生活污水中低碳源是很普遍的，在不投加碳源的前提下，本试验通过分析预缺氧池、厌氧池和缺氧池三段进水的不同占比，研究该工艺出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准的可行性。

2 中试试验

2.1 3AO-MBBR一体化生活污水处理设备

2.1.1 工艺流程及工艺参数

该一体化生活污水处理设备为中试设备，工艺流程如图1所示，采用3AO与MBBR结合工艺。工艺参数：预缺氧池水力停留时间（HRT）0.5 h，厌氧池HRT=1.5 h，缺氧池HRT=4.0 h，好氧池HRT=7.0 h，沉淀池表面负荷：1.0 m3/（m2·h）；气水比为8:1；好氧池聚氨酯悬浮填料投加比例为30%，混合液体回流量为300%，污泥回流量为100%，混合液回流、污泥回流采用气提回流，达到节能目的，排泥通过电动阀自动进行。

图1 设备工艺流程

2.1.2 进水水质及处理水量

处理污水为某安置小区生活污水，污水成分相对单一，无工业废水。中试设备处理水量为30 m3/d（相当于1.5 m3/h），进水水质如表1所示。

2.1.3 设备尺寸

一体化生活污水处理设备尺寸为6.3 m×2.0 m×2.5 m，设备平面图如图2所示，采用6 mm碳钢，内部环氧煤沥青制作，设备间放置回转风机、管式紫外消毒器、控制柜、电磁阀、电动阀和电磁流量计。

2.2 中试内容

对比预缺氧池、厌氧池、缺氧池不同的进水占比，找到最佳的分段进水占比。关于进水比例，通过调节进水阀门控制流量，每个进水占比下设备连续运行7 d，水质每天取样测试2次，取平均值。对比最佳三段分段进水与单点进水的试验，比较分析TN、TP的去除率，单点进水即采用A2O工艺。

图2 设备尺寸

表1 设计进水水质

2.3 中试水质分析方法

TN、TP、氨氮、硝态氮和COD分别采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法、钼锑抗分光光度法、纳氏试剂分光光度法、紫外分光光度法和重铬酸钾法测定，参照《水和废水检测分析方法》。pH、DO、温度分别采用便携式pH计、溶氧仪和温度计测量。

3 结果与讨论

3.1 预缺氧段不同进水占比对TN、TP的影响

固定厌氧段进水流量为0.6 m3/h，占40%。由图3可知，调节预缺氧段进水流量，流量在0～10%时，出水TP随着进水占比的增大而减小，说明预缺氧段分配的进水比例越高，硝态氮对后续厌氧池除磷的不利影响越小，厌氧释磷越多，出水TP浓度越低。同时，这也说明在设备预缺氧区进水能有效提高总磷的去效率。流量在10%～20%时，TP随着进水占比的增大趋于稳定，流量在20%～50%时，TP随着进水占比的增大而增加，主要原因是回流污泥中硝态氮只需要10%的进水占比，就能满足反硝化需要的碳源。预缺氧段进水占比对TN去除无明显影响，通过以上分析可知，预缺氧段进水流量为10%最佳。

图3 预缺氧池进水占比（%）

3.2 厌氧段、好氧段最佳进水占比

固定预缺氧段进水流量为0.15 m3/h，占10%。由图4可知，调节厌氧段进水流量，随着厌氧进水占比增加，TP浓度呈下降趋势，变化范围在0.40～0.62 mg/L，TN浓度呈上升趋势，变化范围在12.5～17.0 mg/L，说明预缺氧进水占比不变，厌氧段进水占比越高，出水TP越低，缺氧段进水占比越高，出水TN越低。TP、TN均满足一级A时，厌氧段进水占比为40%，缺氧段进水占比为50%，通过以上分析可知，3AO-MBBR一体化生活污水处理设备三段进水的最佳占比为：预缺氧段为10%，厌氧段为40%，缺氧段为50%。

3.3 单点进水与最佳三段进水的比较

图4 厌氧池进水占比（%）

前10 d为厌氧段单点进水，第11 d起按最佳三段占比进水。由图5、图6可知，三段进水前TN变化范围为22.1～22.4 mg/L，TN去除效率均值为50.7%；TP变化范围为1.60～1.62 mg/L，TP去除效率均值为59.8%，三段进水后，出水TN、TP逐渐降低，20 d后即基本达到稳定。稳定期TN浓度均值为11.9～13.0 mg/L，TN去除效率均值为72.3%，较单点进水去除效率提高21.6%；TP浓度均值为0.38～0.42 mg/L，TP去除效率均值为90.1%，较单点进水去除效率提高30.3%。试验表明，在最佳三点进水下运行，TN、TP去除效率显著提高，能稳定达到一级A标准。

图5 三段进水前后出水TN浓度及去除效率变化

4 结论

试验表明，3AO-MBBR一体化生活污水处理设备增设预缺氧区，回流污泥中硝态氮在该区域消耗完全，消除了硝态氮对后续厌氧池释磷的不利影响，能有效提高TP的去除效率。同时，三段进水不同占比的试验表明，最佳的进水占比为：预缺氧段10%，厌氧段40%，缺氧段50%。在最佳三段进水下运行，预缺氧池分配的进水能满足回流硝态氮反硝化所需碳源，厌氧池进水能满足释磷菌释磷过程所需碳源，缺氧池进水能满足混合液回流反硝化脱氮所需碳源，TN、TP去除效率显著提高，能稳定达到一级A标准。

图6 三段进水前后出水TP浓度及去除效率变化

最佳三段进水与单点进水的运行结果对比表明，出水TN浓度均值11.9～13.0 mg/L，TN去除效率较单点进水提高21.6%；出水TP浓度均值0.38～0.42 mg/L，TP去除效率较单点进水提高30.3%。目前，国家污水厂提标改造，难点是TN、TP不能稳定达标，使用3AO-MBBR一体化生活污水处理设备，并在最佳三段进水占比下运行，解决了进水碳源分配及低碳源问题，能有效提高总氮、总磷的去除效率。