MABR与生物接触氧化池处理微污染原水对比试验研究

＊葛绍根 朱一凡 苏银祥 甄树聪

（1.建湖县自来水有限公司 江苏 224700 2.盐城工学院 江苏 224051）

近年来，南方多水地区由于水质原因造成的缺水现象日益严重[1]。水源水季节性污染严重，主要表现为夏季雨季氨氮浓度增加、溶解氧减少、有机污染物增加、原水水质显著下降[2]。因此，在遇到污染时，对微污染原水进行预处理，提高供水质量的安全性就显得尤为重要。寻求有效去除水中氨氮和有机污染物的新工艺方法是当前水净化工艺面临的主要问题之一[3-4]。

在传统的预处理工艺中，生物预处理工艺被认为是最有效的技术之一[5]。生物处理是污水处理的常用方法，是利用悬浮或固着的好氧或厌氧微生物群体的新陈代谢活动，通过硝化反硝化去除水中的氨氮、降解吸收有机污染物或部分金属物质，通过预处理，不但可以改善水的混凝沉淀性能，提升后续处理环节的效果，也能够减轻深度处理工艺的负荷，延长过滤或活性炭吸附等处理环节的使用寿命和使用容量，最大限度发挥净水处理工艺整体作用，更好保证出水水质。近年来，国内多数水厂已经采用该工艺对原水进行预处理[6-7]。

透氧膜生物反应器（Membrane Aeration Bioreactor，简称为MABR）是一种无泡曝气技术，将氧气传给生长在膜上的微生物，水中的污染物通过扩散作用进入以MABR膜为载体生长的生物膜中，通过微生物的降解作用，最终实现污染物的去除。该工艺在污水处理领域有许多成功的应用[8]。近年来，国内一些单位也对该工艺进行了研究和开发，并逐步将其应用于治理河水污染以及对原水进行预处理[9-10]。

本研究通过对MABR处理建湖城南水厂微污染原水中常规指标的效果进行研究，探讨其作为接触氧化池新型填料的可行性。

1.城南水厂简介及原水水质

建湖县自来水有限公司城南水厂设计处理规模为12.5万m3/d，工艺为：生物预处理-机械混合-网格絮凝-平流沉淀-V型滤池-臭氧消毒-生物活性炭滤池-清水池。接触氧化池（5m×5m×16组）采用YDT型弹性滤料，底部曝气，原水停留后从上方流出，进入下一工序。由于建湖县地处里下河下游低洼地区，内河径流量小，稀释更新速度慢，整个夏季水源水均表现为高色度高有机污染状态，原水呈现富营养化状态，藻类生长繁殖旺盛。原水水质年际各指标情况见表1[7]。

表1 原水水质情况（mg/L）

6月起，进入丰水期，建湖本地原水遭受明显污染，各项常规指标逐渐出现恶化；7月、8月水质恶化明显，各项常规指标均超出Ⅲ类水标准。

2.试验装置与方法

(1)试验装置

膜生物反应器为立方柱体，有效工作体积10L。试验装置如图1所示，膜组件为中空纤维氧合膜，膜孔径为1nm，膜面积为3.5m2，曝气量为10L/(min·m2)组件浸于反应池内。试验期间运行主要控制参数列于表2。

图1 MABR实验装置图

表2 MABR操作条件

(2)检测项目与方法

检测项目有pH、DO、CODMn、NH3-N、浊度、UV254等。其中pH、DO采用便携式测定仪测定，其余各项目均采用标准方法进行分析[11]。

(3)MABR挂膜

实验装置主要为一组浸入式MABR组件，主要构件为一束（200根），长15cm的中空纤维透氧膜，膜有效面积为3.5m2。原水污染时期，装置按一定流速连续进原水，保持原水在装置中停留时间约为1h。同时用一台45W隔膜泵连向透氧膜中空部分连续充气，保持MABR膜一直通气使之透氧，膜尾端压力保持0.01MPa。挂膜期间大流量进水，悬浮物会随出水流走，每天根据检测数据投加碳源，保持碳氮比在6:1左右，加快挂膜进度。水温保持在20℃±5℃。约15d后挂膜成功，见图2。膜表面附着一层土黄色生物膜。挂膜成功后，模拟建湖县自来水有限公司城南水厂接触氧化池正常运行情况。建湖县城南水厂处理量Q=2500m3/h，曝气量Gs=4800m3/h，MABR中试装置设计处理量Q=10L/h，通气量Gs=60L/min，保持稳定运行。

图2 挂膜运行15d后MABR膜状态

3.结果与分析

(1)MABR与生物接触氧化池处理效果

2023年8月1日至8月31日，采用连续进出水的方式，监测生物接触氧化池和MABR进水和出水浊度、NH3-N、UV254、CODMn4项指标，结果见图3。

图3 生物接触氧化池和MABR处理效果

由图3（a）可以看出，生物接触氧化池对浊度的去除效果较好，最高达46.7%，MABR中试装置对浊度去除效果一般，最高只有19.1%。图3（b）中，MABR中试装置对UV254具有较高的去除率，介于30.25～53.1%之间，而生物接触氧化池的去除率介于4.2%～17.9%之间，明显低于MABR。接触氧化池NH3-N去除率范围40.0%～85.3%，均值65.64%；CODMn去除率范围0.6%～16.8%，均值6.08%。MABR中试装置NH3-N去除率范围55.3%～89.1%，均值78.85%；CODMn去除率范围3.4%～10.9%，均值6.96%。NH3-N去除率均值MABR中试装置比接触氧化池高约20%，CODMn去除率均值MABR中试装置比接触氧化池高约14%。

(2)温度对处理效果的影响

温度是影响生物处理效果的一个重要因素，调节实验室空调温度，设定为20℃、25℃、30℃，使进水水温达到设定温度后，连续进水，每个设定温度连续监测7d，取平均去除率，结果见图4。

图4 温度对生物接触氧化池和MABR去除率的影响

由图4可以看出，温度对去除率有明显的影响，25℃时，生物接触氧化池和MABR中试装置对各污染物的去除率最高，20℃时最低，30℃时去除率介于二者之间。三种温度下，MABR中试装置的去除率均高于生物接触氧化池。

4.经济效益分析

(1)能耗分析

建湖县自来水有限公司城南水厂接触氧化池曝气风机日均耗电约1800kW·h，日均原水处理量约6×104m3，平均每立方米水耗电约0.03kW·h；中试装置设计处理量Q=10L/h，平均每立方米水耗电约0.005kW·h。经过对比，MABR电耗约为接触氧化池电耗的16.7%，不仅能够节约成本还响应了节能减排的要求。

(2)土地占有量分析

传统接触氧化占地以建湖自来水有限公司城南水厂为例，日处理量6×104m3，占地约400m2（5m×5m×16组），MABR膜装置日处理6×104m3，占地约需200m2。

5.结论

（1）综合对比原水微污染（CODMn＜10mg/L、NH3-N＜3mg/L）时期接触氧化池与MABR中试装置对CODMn、NH3-N、浊度及UV254的处理效果，可以看出MABR膜处理微污染水中有机物的能力明显高于传统接触氧化池，CODMn的去除率要高出14%，NH3-N处理率高出20%。

（2）温度对处理效果有明显影响，25℃时对污染物去除效果最佳。

（3）MABR风机曝气电耗约为接触氧化池的16.7%，整体能耗下降80%以上，在经济与环保角度，明显优于接触氧化池。

（4）同等处理需求下，替换为MABR所需占地面积仅为原来的一半，为水厂扩充产能提供了新的思路。