A/O型IMBR工艺对生活污水脱氮除磷除碳的中试研究

2020-12-29林星月邓一兴李国德武士威

化工技术与开发 2020年12期

李娜，林星月，邓一兴，李国德，武士威，代岚

（1.沈阳师范大学实验教学中心，辽宁沈阳 110034；2.沈阳师范大学科研处，辽宁沈阳 110034；3.沈阳师范大学粮食学院，辽宁沈阳 110034）

随着我国经济与科技的快速发展，水资源短缺、水环境污染问题日益突出。富营养化是中国水体面临的严重问题，很多城市的地下水已出现了水质富营养化的现象[1-2]。水污染问题已经成为我国经济社会发展的最重要制约因素之一，为了解决这一问题，迫切需要开发稳定有效的氮磷去除工艺。膜生物反应器具有出水水质好、剩余污泥少、占地面积小等优点，并随着制膜成本和运行成本的下降，在国内外受到了广泛关注[3-7]。本文将A/O与MBR工艺相结合，对该工艺在不同工况下的脱氮除磷效果进行了中试实验研究，从而获得了该工艺运行的最优工艺参数，以期为生产性实验提供最优化的运行参数。

1 实验工艺与方法

1.1 工艺流程

实验装置如图1所示。排水井中的生活污水抽到原水槽后，经斜板沉淀池到厌氧槽，再溢流进入好氧槽，最后通过出水泵的抽吸作用得到膜过滤出水。出水泵的工作压力为0～50 kPa，出水泵的运行模式为13min停2min。好氧槽内底部连续曝气。实验所用的膜组件为聚偏氟乙烯平板膜（日本东力），膜孔径为0.08 μm，膜面积为0.45 m2。

图1 实验工艺流程Fig.1 Experiment technological process

1.2 测试项目与测试方法

测试项目参照国家环保局《水和废水监测分析方法》中的标准方法监测，具体内容见表1。

表1 测试项目与方法Table 1 Test items and methods

1.3 实验用水水质

本实验用水取自某家属区及学生公寓的排水井，水质如表2所示。

1.4 膜组件选择的原则

生物处理能力与膜组件的处理能力相匹配是MBR设计的原则，可用如下关系式表示[8]：

其中，V为曝气池的有效容积，m3；A为膜面积，m2；J 为膜稳态通量，m3·(m2· d)-1；So为曝气池进水 COD，mg·L-1；N为污泥负荷率，kg COD·(kg MLSS·d)-1；X 为曝气池污泥浓度，mg·L-1。

表2 实验污水水质Table 2 Experiment wastewater quality

本实验所采用的一体式平板式MBR，膜稳态通量为 0.5m3·(m2·d)-1，进水 COD 为 500mg·L-1，MLSS维持在6g·L-1左右，曝气池有效容积0.5m3，设计V/A为0.32m，因此膜面积选择1.6m2。每片膜面积0.45m2，数量1.6m2/0.45m2=3.5，因此选用4片膜。

2 结果与讨论

2.1 HRT对脱氮除磷除碳的影响

一般在脱氮除磷工艺的影响因素中，HRT是必须考虑的因素，其大小影响着工程占地面积，所以本实验考察了HRT对工艺脱氮除磷除碳效果的影响。实验参数如下：回流比200%，MLSS为6～8.2g·L-1，DO 大于 3.5mg·L-1，进水 pH 为 7.0～8.1，温度为13～22℃。实验每运行30d调整一次HRT，运行的180d 中，HRT 分别调整为 14、16、17、18、19、20h。

2.1.1 HRT对氮去除效果的影响

2.1.1.1 HRT对NH4+-N的影响

图2所示为HRT对氨氮去除效果的影响。由图可见，HRT为14h时，氨氮平均去除率仅为66.58%，较短的HRT导致氨氮的转化不充分，去除率不理想；HRT提高到17h后，氨氮去除率得到快速提升，平均去除率达到97.74%；继续提高HRT，氨氮去除率随之增大。膜组件的截留作用使得膜生物反应器中的SRT长，给系统中硝化菌的繁殖提供了有利条件，反应器中可较好地进行硝化反应。

图2 HRT对NH4+-N去除效果的影响Fig.2 The influence of HRT on NH4+-N removal efficiency

2.1.1.2 HRT对TN的影响

图3为HRT对总氮去除效果的影响。在HRT为14h的条件下，总氮的平均去除率为63.16%；HRT延长为16h后，总氮去除率迅速增加到72.83%，继续延长HRT到17h后，总氮平均去除率增至84.37%，再继续延长HRT，总氮的去除率仍呈增加趋势，但增加缓慢。

图3 HRT对TN去除效果的影响Fig.3 The influence of HRT on TN removal efficiency

2.1.2 HRT对TP的影响

图4为HRT对总磷去除的影响，由图可见，总磷的去除率随着HRT的延长呈先增加后下降的趋势。HRT为17h时总磷的去除效果最佳。分析其原因，可能是较短的HRT导致污泥过量吸磷，每天进行数据监测，发现从系统中取出的污泥可排出少量的磷；当HRT延长到18h后，污泥释磷，这直接导致了总磷去除率的下降。

图4 HRT对TP去除效率的影响Fig.4 The influence of HRT on TP removal efficiency

2.1.3 HRT对COD去除效果的影响

HRT对有机物去除效果的影响如图5所示。从图5可以看出，在实验进行的前30d即HRT为14h时，膜生物反应器对废水中有机物的去除效果不太理想，即便膜组件对有机物有一定的阻截作用，但因较短的HRT不能使系统中的有机物被微生物充分降解，致使COD的去除率较低，平均去除率为83.79%。HRT延长到17h时（60～90d），COD去除率增至97.72%，此后继续延长HRT，COD去除率的增加速率减缓。

图5 HRT对COD去除效果的影响Fig.5 The influence of HRT on COD removal efficiency

2.2 进水有机物浓度对氮、磷去除的影响

2.2.1 进水有机物浓度对氮去除效果的影响

根据COD/TN比值情况，在回流比为200%的条件下，本实验进行了2组COD/TN下的脱氮实验。一组COD/TN平均为2.59，一组COD/TN平均值为5.68，实验结果见图6。COD/TN为2.59时，即使回流比达到200%，总氮去除率最高仅为66.64%，总氮去除率随着实验的运行呈降低之势；COD/TN为5.68、回流比为200%时，总氮去除率增至83.91%。

图6 COD/TN为2.59和5.68时TN的去除情况Fig.6 removal efficiency of TN changed with time when COD/TN was 2.59 and 5.68

2.2.2 进水有机物浓度对TP去除效果的影响

如图7所示，当进水有机物过低时，厌氧区释磷不充分，除磷效果不佳。进水的有机负荷较低时，厌氧区总磷的浓度低于进水的总磷浓度，没有实现厌氧释磷，总磷的去除率仅为50.36%。原因可能是，一方面好氧区未被完全硝化的硝化液由回流带入厌氧区，另一方面可能是厌氧区的污泥浓度过低。进水有机负荷较高时，厌氧区释磷充分，好氧区吸磷完全。图8是提高进水有机物浓度后的除磷情况。进水COD为590mg·L-1时，总磷去除率最高可达69.97%。

另外，从图7、图8还可以看出，膜对总磷的去除是有积极作用的。低有机负荷条件下，膜的平均截留率为13.37%，高有机负荷条件下，膜对总磷的截留率降至5.14 %。