A/O-MBR工藝在生活污水處理中的應用

　　隨著水資源的緊缺和人們環(huán)保意識的增強，污水再生利用是解決水資源短缺和水環(huán)境污染問題的重要策略之一。厭氧／好氧(A／O)工藝是在普通的活性污泥法基礎上研究開發(fā)的，該工藝具有適應能力強，耐沖擊負荷高，在去除有機物的同時可以取得良好的脫氮效果。膜生物反應器是由膜分離技術與污水處理工程中的生物反應器相結合組成的反應系統(tǒng)，它綜合了膜分離技術與生物處理技術的優(yōu)點，用超、微濾膜組件取代傳統(tǒng)的活性污泥法的二沉池和常規(guī)過濾單元，使水力停留時間和泥齡完全分離。其高效的固液分離能力使出水水質良好，懸浮物和濁度接近于零，并可截留大腸桿菌等生物性污染物，處理后出水可直接回用，特別適合于中水回用處理。
　　將生物膜法與常用的A／O污水處理脫氮工藝結合起來即形成A／O生物膜反應器，該復合工藝將生物膜工藝與活性污泥工藝有機地融合起來，綜合了活性污泥法和生物膜法兩者的優(yōu)點，長泥齡的生物膜為生長緩慢的硝化菌提供了非常有利的生存環(huán)境，可以有效地提高硝化效果，出水水質優(yōu)異，操作運行簡單，污泥產率低，占地面積小等特點，使其應用范圍和規(guī)模不斷擴大。
　　1　A／O－MBR組合工藝
　　
　　由膜分離技術和生物反應器相結合形成的生物化學反應系統(tǒng)——膜生物反應器，在水處理中的應用及其研究備受人們的關注。劉國洋和李勇根據傳統(tǒng)脫氮除磷工藝——好氧硝化缺氧反硝化原理，設計并制作了一種分置式A／O膜生物反應器，并且對其曝氣方式進行合理改進，利用射流曝氣強大的復氧能力和混合能力，使好氧區(qū)的泥水能更加均勻地混合以及能提供充足的氧氣。并就其對生活污水中污染物的去除效果及其機制進行了試驗研究，結果表明，該改進后的膜生物反應器在連續(xù)運行60天內，系統(tǒng)不排泥，水力停留時間為16h時，對COD、總氮、氨氮有良好的去除效果，平均去除率分別達到94％，70.7％，98.4％，出水COD一總氮、氨氨濃度分別在50mg／L，15mg／L，1mg／L以下。也有研究者將A／O工藝與MBR工藝有機組合，并在A／O工藝中引入纖毛填料處理小區(qū)低碳氮比、高氨氮生活污水。運行結果表明在A／O工藝中引入纖毛填料，強化了組合工藝去除有機物及氨氮的效果，緩解了膜組件污染，根據進水負荷和溫度變化，優(yōu)化了工藝運行參數p(MLSS)和混合液回流比，系統(tǒng)穩(wěn)定運行期間的HRT為6.7h～11.9h，膜通量為11～20L／(m·h)；處理系統(tǒng)對BOD，COD，氯氮及SS的平均去除率分別達97.4％，87.2％，97.5％和100％，處理水p(BOD)≤6mg／L，p(COD)≤40mg／L，p(氨氮)≤5mg／L；由于碳源缺乏，組合工藝對TN和TP去除率較低，分別為28.5％和26.8％，但處理水中的TN和TP以硝態(tài)氮和溶解性磷酸鹽為主，是植物吸收氮源和磷源的主要形式，因此對符合再生水水源要求的處理水可作為城市綠化及農田灌溉用水回用，不僅可補充植物與作物生長必需的氮磷營養(yǎng)元素，而且為城市生活污水資源化提供了一條有效途徑。李紅瑛等針對傳統(tǒng)活性污泥法處理低濃度生活污水難度大的問題，采用缺氧，好氧活性污泥法與膜生物反應器組合處理該類污水，考察了其對有機物和氨氮的處理效果，在無排泥的情況下，系統(tǒng)連續(xù)運行近100d，出水水質穩(wěn)定。
　　2　一體化A／O生物膜反應器
　　
　　采用一體化A／O膜生物反應器處理生活污水，是目前一個重要的發(fā)展方向。王燕采用試驗規(guī)模的缺氧－好氧一體式膜生物反應器(A／O)對生活污水處理回用進行了試驗研究，試驗結果表明，該工藝處理效果優(yōu)良，系統(tǒng)對COD、NH-N的平均去除率分別為94.7％、99.08％，膜分離截留對COD的去除起到了決定性作用，生物對NH-N的去除占主要作用，膜本身對NH-N的去除直接作用不大，出水COD、NH-N的濃度分別為16.02mg／L和0.35mg／L，出水水質優(yōu)于城市雜用水水質標準(GB／T 18920－2002)和河道景觀環(huán)境用水水質標準(GB／T18921-2002)，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定。具有較強的抗沖擊負荷能力。工藝的污泥排放量趨于零，膜可以在線反沖洗，用化學方法清洗可以得到很好的恢復。李雅婕將A／O工藝與膜生物反應器有機結合，設計成新型一體式膜生物反應器，研究其處理化糞池污水的效果，分析反應器備區(qū)間(缺氧區(qū)、好氧區(qū)、沉淀池、膜室)的污染物去除效能，研究結果表明：COD主要是在好氧池被去除，其次為缺氧池，膜室對穩(wěn)定出水水質起到重要作用，出水COD在50mg／L以下。好氧池是去除氨氮的主要功能單元，反應器出水氨氮在30mg／L以下；硝態(tài)氮濃度在好氧池最高，出水中硝態(tài)氮濃度在15mg／L以下，亞硝態(tài)氮小于1.0mg／L；在處理高氨氮化糞池污水時，整個反應器系統(tǒng)表現出較好的污染物去除效果。鄧書平等也研究了一體式厭氧／好氧膜生物反應器對生活污水的處理效果，實驗結果表明：該工藝對污染物有很好的去除效果，出水各項指標均優(yōu)于城市雜用水水質標準，宜于回用。張洪林等根據濁度，COD、TP等指標隨時間變化情況研究了一體式A／O膜生物反應器對生活污水中污染物去除效果，研究表明，系統(tǒng)對COD的去除率高且穩(wěn)定，總去除率平均為96％以上，其中生物作用去除率約83.3％，膜去除率12.7％，說明生物降解起主要作用；磷的總去除率達到78％，除磷主要是生物降解起作用，膜對于TP的作用不明顯。此外，還從膜過濾壓差隨時間的變化和水溫對膜過濾性能的影響兩個方面闡述了膜分離特性，探討了膜污染機理及膜污染的控制措施。于冰等采用一體式A／O膜生物反應器對學校內生活小區(qū)污水的處理效果進行了中試研究，結果表明，該工藝對COD、NH－N、總磷、濁度具有良好的去除效果，去除率分別為96％，83％、62％、100％。由于F／M較低，無排泥，使污染物與污泥的接觸時間遠大于水力停留時間，并且膜的截留作用使大分子，膠體，難降解物質在MBR反應器中，從而保證了出水水質和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　3　其它類型A／O膜生物反應器
　　缺氧／好氧膜生物反應器(A／O MBR)具有良好的脫氮效能潛力，廣泛應用于分散聚居區(qū)回用水處理，多為一體化浸沒式，即缺氧區(qū)(A段)與好氧區(qū)(O段)并列而建。為進一步節(jié)省土地資源，張小妹等建立了立式A／O-MBR系統(tǒng)，該系統(tǒng)在A段與O段體積比為0.7時，TN去除效果較為理想，運行期間，系統(tǒng)對COD、NH-N、TN具有較高的去除效力，平均去除率分別為93.7％、92.0％、78.2％，出水濃度滿足相應標準要求。而立式A／O-MBR所需占地面積小于其他工藝，具備將其投入工程應用的潛質。蔣展鵬等根據缺氧／好氧工藝原理設計了升流式一體化A／O生物膜反應器，將缺氧、好氧段組成一個整體，采用生物膜法使生活污水以升流方式流經兩個反應區(qū)，將缺氧區(qū)厭氧微生物對污水中有機物的降解控制在酸化階段，產生于缺氧段的發(fā)酵產物經好氧段微生物進一步分解、轉化以達到去除原水中污染物的目的。并用該反應器對清華大學學生宿舍醫(yī)生活污水的處理效果和運行參數進行了試驗。結果表明，當缺氧區(qū)HRT為5h、好氧區(qū)HRT為3h時對COD的去除率>80％(大部分接近90％)。對SS去除率>95％；維持反應器內適宜的堿度可獲得良好而穩(wěn)定的脫氮效果；剩余污泥少，無需頻繁排泥㈣。該工藝結構緊湊、占地小、處理成本較低，并且耐有機物沖擊負荷較高，工作穩(wěn)定簡單、運行管理容易，還可以根據不同需要調整運行方式，適應性強。姜蘇等根據傳統(tǒng)的生物脫氮原理設計并制作了一體化A／O生物膜反應器，應用其處理生活污水的試驗結果表明，可在反應器內同時獲得好氧、缺氧兩種環(huán)境，并實現了無外加水泵動力下的硝化液循環(huán)；在總水力停留時間為24h時，對COD的平均去除率達到了90％，硝化率和TN去除率分別達到了85％和70％，出水NO-N和NO-N濃度分別保持在15和1mg／L左右。隨后，郭海燕等研究了該反應器掛膜啟動后硝化和反硝化反應形成的過程。試驗結果表明，由于反應器構造獨特，能夠形成具有不同溶解氧濃度的好氧區(qū)、緩沖區(qū)和缺氧區(qū)，并利用曝氣推動力實現硝化液在各區(qū)間的循環(huán)。通過對進水方式的調節(jié)，反應器內能夠形成良好的硝化和反硝化過程。硝化率和反硝化率分別達到89.49％和97.86％。
　　4　結語
　　在A／O-MBR中，微生物對有機物和氨氮的降解起主導作用，膜生物反應器對溶解性有機物的去除也可起到一定的作用，提高出水水質。各地可以根據經濟水平、區(qū)域特點和環(huán)境目標等因素，采用適宜的A／O－MBR工藝類型，還可以在應用過程中進行適當的技術創(chuàng)新，讓處理工藝真正融入周邊的自然生態(tài)系統(tǒng)中，在確保生態(tài)安全的同時實現污水處理效果的最佳狀態(tài)。(圖1，