进水分配比对倒置A2/O-MBR系统处理低C/N废水效果的影响研究

2020-09-08赵珂瑶于燿李亚峰

辽宁化工 2020年8期

赵珂瑶，于燿滏，李亚峰

（沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳 110168）

传统A2/O工艺是由美国专家MARAIS基于Phoredox工艺研究开发出的一种同步脱氮除磷工艺，主要是由3个反应器所组成（厌氧反应器、缺氧反应器、好氧反应器）[1]。进水依次经过厌氧反应器、缺氧反应器、好氧反应器以及双回流系统来达到脱氮除磷的效果。在厌氧条件下，主要进行的是PAOs的厌氧释磷以及氨化细菌的氨化反应。在缺氧条件下，主要进行的是反硝化脱氮反应，反硝化细菌在此条件下利用水中的有机物将随消化液回流至缺氧池的NO3--N转化为N2排出水体，从达到脱氮的目的[2-3]。在好氧条件下，主要进行的硝化反应和好氧吸磷反应。硝化细菌将污水中的NH4+-N转化成NO3--N为反硝化提供电子受体，同时聚磷菌消耗自身内部的PHB来进行超量吸磷。内、外回流分别将硝化液和含磷污泥回流至缺氧反应器与厌氧反应器进行反硝化处理和厌氧释磷处理。凭借反硝化反应和含磷污泥的排放实现污水的脱氮除磷。在整个反应过程中，污水中的有机物主要被厌氧反应器和缺氧反应器所利用。

传统A2/O工艺作为我国脱氮除磷的主体工艺，尽管已被广泛应用，但在实际应用过程中发现仍然存在一定缺陷，例如不同菌种间SRT矛盾，碳源竞争等问题。为解决这些问题，国内外学者对A2/O类工艺的改良进行了大量的实验研究。为解决传统A2/O类工艺不能充分发挥系统的脱氮除磷能力的问题，张波[4]等根据“厌氧释磷并不是好氧超量吸磷的充要条件”和“PAOs 超量摄磷与厌氧历时和厌氧程度有关”两种新观点，将传统A2/O工艺的缺氧池位置前置并取消原系统中的消化液回流，开发出倒置A2/O工艺。膜生物反应器（MBR）作为一种将膜分离技术与生物处理单元相结合而产生出的一种新型污水处理工艺。因其具有截留污水中微生物的作用，因此有学者提出将其与活性污泥工艺相结合，以期解决不同微生物SRT的矛盾[5]。许忠凤[6]将A/O工艺与MBR工艺相结合，组成多级A/O-MBR工艺并进行生活污水脱氮除磷的试验研究，研究结果表明，在经过处理出水中COD、氨氮、TN能达到一级A的排放标准，有64.29%的TP能够达到一级A的排放标准。诸刚[7]对新型一体化A2/O-MBR组合工艺进行研究，发现通过控制曝气量和污泥回流能够保持较高的脱氮除磷效果，且能耗更低。王朝朝[8]采用UCT型浸没式膜生物反应器处理市政污水发现，组合工艺的抗冲击符合能力更强，在ρ(COD)/ρ(TN)为7.3时TN和TP的去除效果最好，去除率分别为90.27%、92.4%。

通过上述实验研究发现A2/O-MBR组合工艺能够有效提高脱氮除磷的效果，但对组合工艺的影响因素研究较少，且很少将组合工艺应用于低C/N比废水，因此本实验采用倒置A2/O-MBR组合工艺处理低C/N比废水，为兼顾脱氮除磷效果，对进水分配比进行研究，确定最佳进水分配比。

1 试验

1.1 装置

试验所采用的装置为倒置A2/O工艺与MBR工艺相结合而成的倒置A2/O-MBR组合工艺。该组合工艺的工艺流程图如图1所示。

图1 倒置A2/O-MBR工艺流程图

倒置A2/O-MBR组合工艺整体由有机玻璃制成，长约79 cm，宽约23 cm，高度约50 cm，反应器内的有效水深为35 cm。反应器主要包括3部分：缺氧反应器、厌氧反应器、好氧反应器，三者体积之比为1∶1∶2，有效容积分别为10 L（缺）、10 L（厌）、20 L（好）。缺氧反应器与厌氧反应器底部具有连通水孔，供缺氧反应器出水流入厌氧反应器中。厌氧反应器与好氧反应器之间设置溢流口，供厌氧反应器的出水流入好氧反应器中。系统的进水及混合液回流通过蠕动泵来达成，出水通过膜组件的抽吸作用来达成。好氧反应器的曝气方式采取鼓风曝气方式，外部设置鼓风机并在鼓风机与曝气装置之前连接气体流量计以控制水中的DO量。

1.2 试验用水以及接种污泥

模拟试验用水以淀粉作为唯一碳源、氯化铵作为氮源、磷酸二氢钾作为磷源，并投加适量氯化钙、硫酸镁等物质来提高活性污泥的沉降性能。同时为了满足微生物正常的生长、繁殖需要，按照0.3 mL·L-1的比例向水体中添加微量元素。试验用水的水质指标见表1。

表1 低C/N比废水水质指标

污泥来自抚顺某污水处理厂的二沉池回流污泥，理化特性如表2所示。

表2 倒置A2/O-MBR系统接种污泥理化特性

1.3 分析项目及检测方法

本试验所需进行检测的项目及检测方法均按照国家环保局编写的《水和废水监测分析方法》（第四版）中规定的方法进行测定。主要检测项目及分析检测方法见表3。

表3 水质检测项目以及测试方法

2 结果与分析

本阶段试验分别控制进水分配比在6∶4、5∶5、4∶6的条件下。同时控制进水流量为3.3 L·h-1、HRT为12 h、SRT为15 d、混合液回流比为200%、系统温度为20～30℃、pH 介于7.8～8.0。每天定时对反应器的进出水进行检测。

2.1 进水分配比对COD去除的影响

在3种工况下，不同进水分配比下COD的去除结果如图2所示。

图2 进水分配比对COD去除效果的影响

由图2可以看出，在工况一条件下，出水COD质量浓度在11.46～15.82 mg·L-1之间进行波动，出水平均质量浓度为13.64 mg·L-1，平均去除率为91.43%。在工况而二条件下，出水COD质量浓度在10.72～17.39 mg·L-1之间进行波动，平均质量浓度为14.10 mg·L-1，平均去除率为91.59%。在工况三条件下，出水COD质量浓度在10.23～16.4 mg·L-1之间进行波动，出水COD平均质量浓度为14.04 mg·L-1，平均去除率为91%。

2.2 进水分配比对NH4+-N去除的影响

在3种工况下，不同进水分配比下NH4+-N的去除结果如图3所示。

图3 进水分配比对NH4+-N去除效果的影响

由图3可以看出，在工况一条件下，出水NH4+-N质量浓度在0.48～0.92 mg·L-1之间进行波动，出水平均质量浓度为0.68 mg·L-1，平均去除率为98.3%。在工况而二条件下，出水NH4+-N质量浓度在0.6～1.12 mg·L-1之间进行波动，平均质量浓度为0.83 mg·L-1，平均去除率为97.96%。在工况三条件下，出水NH4+-N质量浓度在0.41～0.86 mg·L-1之间进行波动，出水NH4+-N平均质量浓度为0.62 mg·L-1，平均去除率为98%。

2.3 进水分配比对TN去除的影响

在三种工况下，不同进水分配比下TN的去除结果如图4所示。

图4 进水分配比对TN去除效果的影响

由图4可看出，在3种不同进水分配比的条件下，组合工艺对TN的去除具有着明显差异。随着缺氧反应器与厌氧反应器投配比的逐步减小，TN的去除率逐步下降，出水TN质量浓度逐步增加。在工况一条件下，出水TN质量浓度在19.87至21.64 mg·L-1之间进行波动，平均TN出水质量浓度和平均去除率为20.7 mg·L-1和48.26%。在工况二条件下，出水TN质量浓度升高，在23.58至24.58 mg·L-1之间进行波动，其平均TN出水质量浓度和平均去除率为23.99 mg·L-1和40.95%。相较于工况一，去除率下降了7.31%。在工况三条件下，出水TN质量浓度在25.14～26.71 mg·L-1之间进行波动，平均质量浓度为25.38 mg·L-1，平均去除率下降至37.10%。与工况二的处理效果相比，此时TN平均质量浓度上升1.39 mg·L-1，平均去除率降低了3.85%，处理效果又有小幅度的减弱。

2.4 进水分配比对TP去除的影响

在3种工况下，不同进水分配比下TP的去除结果如图5所示。

图5 进水分配比对TP去除效果的影响

由图5可以看出，在不同进水分配比条件下，组合工艺对TP的去除有着较为明显的影响。随着缺氧反应器与厌氧反应器投配比的减小，系统出水的TP质量浓度度逐渐升高。在整个试验期间，进水TP平均质量浓度为4.1 mg·L-1。在工况一条件下，出水TP质量浓度在1.06～1.25 mg·L-1之间进行波动，出水平均质量浓度为1.16 mg·L-1，平均去除率为71%。在工况而二条件下，出水TP质量浓度在1.25～1.36 mg·L-1之间进行波动，出水TP平均质量浓度为1.3 mg·L-1，平均去除率为68.37%。在工况三条件下，出水TP质量浓度在1.46～1.54 mg·L-1之间进行波动，出水TP平均质量浓度为1.5 mg·L-1，平均去除率为63.58%。通过对比发现，工况一的处理效果优于工况二和工况三，且当在工况三条件下，除磷效果大幅下降，与工况一相比下降了7.42%。