低氧A2O-MBR一体化污水处理装置中试研究

2019-11-19卢凤华赖志鹏张远斌李俊贤赖信可

山东化工 2019年20期

卢凤华，赖志鹏，张远斌，李俊贤，赖信可

(福建龙净环保股份有限公司，福建龙岩 364000)

随着国家加大水环境治理重视，近几年各地不断提高污水处理排放标准，大多采用膜生物反应器(MBR)工艺[1-3]。MBR工艺因膜截留作用可以富集高浓度的微生物，强化对污染物的处理能力，剩余污泥产量低，占地面积小，同时可集成小型一体化装置，广泛用于分散式污水处理项目[4-7]。目前，国内已对大型污水厂的MBR工艺开展了广泛研究，但对于小型化的MBR一体化装置因膜曝气量大易造成破坏脱氮除磷的环境，因此，笔者使用小型化的MBR一体化污水处理装置开展中试试验，研究装置对污水的处理效果，以期为相关研究及生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验装置与运行方式

试验的MBR一体化污水处理装置由厌氧池、缺氧池、好氧膜池、设备间组成(即A2O-MBR)，见图1，其中好氧池和膜池设为一体，厌氧池和缺氧池中间设隔板但底部折流开孔相连，缺氧池和好氧膜池中间设隔板但上部折流开孔相连。装置由Q235压型板制作而成，厌氧池上端放置超细格栅，污水由超细格栅进入装置，缺氧池设置穿孔管进行搅拌，好氧池内设有微孔曝气盘，膜组件放置一侧，膜组件底部设置穿孔曝气管，同时在好氧膜池底部设置排泥管，上部设置溢流管。好氧膜池污泥混合液经回流泵1回流至缺氧池(R1=100%)，缺氧池污泥混合液经回流泵2回流至厌氧池(R2=50%)。

图1 A2O-MBR工艺流程图

Fig.1 The A2O-MBR process flow

装置的运行方式主要包括以下几个部分：

(1)进水。进水由潜污泵提升后通过超细格栅进入装置的厌氧池，其中潜污泵的启停由装置内部的水位控制。

表1 膜组件参数Tab.e 1 membrane module parameters

(2)反应装置。Q=50m3/d，厌氧池、缺氧池、好氧膜池水力停留时间(HRT)分别为1.5h、3.5h、5.5h。

(3)产水。通过泵抽吸产水，其中由PLC控制电磁阀和抽吸泵，实现出水8min，停止2min的出水方式。

中试试验采用帘式的PVDF中空纤维膜，膜组件参数见表1所示。

1.2 试验进水与接种污泥

装置进水来自龙岩市某城市生活污水处理厂沉砂池后的出水，试验期间水质如表2所示。接种污泥来自于该污水处理厂曝气池的活性污泥，接种污泥MLSS=5880mg/L，MLVSS=2720mg/L，SVI=60mL/g。

表2 进水水质Tab.e 2 inlet water quality

1.3 试验监测指标及方法

监测指标有CODcr、TP、氨氮、TN、温度、ORP、DO、PH、MLSS等指标，其中，温度、ORP、DO、PH指标采用在线仪表与WTW便携式仪表监测，CODcr、TP、氨氮、TN指标每天测1次，采用连华多参数测定仪监测，MLSS每天在现场用便携式污泥浓度计测定，每10天根据水与废水监测分析方法(第四版)方法在试验室分析测定[8]。

2 试验结果与讨论

2.1 好氧膜池DO、ORP变化

如图2所示，通过调节曝气量，试验期间控制好氧膜池DO约为0.2～0.5mg/L，ORP约为60～100mV。采用低氧方式控制MBR工艺一方面可以节省曝气能耗，另一方面也避免因好氧膜池曝气量大，造成回流液DO过高导致脱氮除磷效果受影响和污泥老化现象的发生。

图2 中试装置好氧膜池DO、ORP变化

Fig.2 The changes of DO and ORP in aerobic membrane tank in pilot plant

2.2 污泥浓度的变化

试验期间通过排泥控制好氧膜池浓度约为9000±500mg/L，缺氧池MLSS约为6000mg/L，厌氧池MLSS约为4000mg/L，MBR工艺污泥浓度大于传统活性污泥法，为装置的稳定运行提供了良好的保障，系统MLSS变化见图3。

图3 系统MLSS变化

Fig.3 The Changes of MLSS

2.3 污染物去除效果

2.3.1 对CODcr的去除效果

图4是试验期间CODcr的去除效果，试验发现当系统进水CODcr为173.1～367.2mg/L时，CODcr去除率为84.9%～98.0%，平均去除率为90.7%，其中当系统进水CODcr=367.2mg/L时，CODcr去除率为95.0%，同时出水CODcr均稳定<50mg/L，说明膜分离工艺能保障出水稳定，抗冲击负荷能力强，同时对CODcr的去除效果可稳定维持较高水平。

图4 中试装置对CODcr的去除效果

Fig.4 The removal effect of CODcr by pilot plant

MBR对有机物的降解机理主要分为以下两方面：一方面是膜截留作用使得装置内富集浓度高的微生物，强化了微生物降解作用；另一方面是大分子有机物被膜截留在装置内部，使得微生物有足够接触时间去降解这些大分子有机物，提高系统的有机物去除效率。

2.3.2 对氨氮的去除效果

氨氮主要由微生物的硝化作用去除，试验通过调节好氧膜池微孔曝气和膜箱穿孔管曝气，维持系统处于低氧状态(约0.2～0.5mg/L)，对氨氮的去除效果如图5所示。试验发现当系统进水氨氮10.62～48.36mg/L时，进水TN为27.59～58.72mg/L，出水氨氮为0.02～5.85mg/L，对氨氮的去除率为74.74%～99.93%，平均去除率为93.80%，出水氨氮小于5mg/L的数据占比约92.9%。试验表明，当DO处于0.2～0.5mg/L时，出水的硝化作用仍较好，通常硝化作用受系统的DO和硝化菌数量两个条件共同影响[10]，虽然试验的DO较低，但是与传统活性污泥法MLSS相比，MBR工艺因膜截留富集大量污泥(MLSS高达9000mg/L)，从而也增加硝化菌数量，同时据文献报道，低氧环境下，系统可发生同步硝化作用，这可能是本试验维持低氧状态时，出水氨氮仍较低的原因[11]。

图5 中试装置对氨氮的去除效果

Fig.5 The removal effect of ammonia nitrogen by pilot plant

2.3.3 对TN的去除效果

对TN的去除效果如图6所示，试验发现当系统进水TN为27.59～58.72mg/L，出水TN为2.20～14.88mg/L，对TN的去除率为62.2%～94.5%，平均去除率为79.0%，出水TN均小于15mg/L。试验数据表明出水中的TN含量低至2.20mg/L，系统脱氮效果稳定，分析可能是以下两方面原因，一是缺氧池高污泥浓度(MLSS≈6000mg/L)富集大量反硝化菌数量，二是因好氧膜池维持低氧状态，至缺氧池的回流液并未破坏反硝化环境[12]，经过监测分析，缺氧池DO长期维持在0mg/L。