A/O-MBR-臭氧-活性炭工藝處理混合污水的試驗(yàn)研究

李 靜，李 征，張彥平，李金國(guó)，劉子晨，張 雨

（ 1. 河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，天津 300401；2. 中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院 第一設(shè)計(jì)研究院，天津 300074）

A/O-MBR-臭氧-活性炭工藝處理混合污水的試驗(yàn)研究

李 靜1，李 征2，張彥平1，李金國(guó)2，劉子晨1，張 雨1

（ 1. 河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，天津 300401；2. 中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院 第一設(shè)計(jì)研究院，天津 300074）

建立水解-好氧膜生物-臭氧-活性炭組合工藝處理工業(yè)和生活的混合污水．試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同的進(jìn)水流量下，生物處理工藝對(duì) COD、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、SS 和色度均有穩(wěn)定的處理效果．單純活性炭吸附、臭氧氧化和臭氧-活性炭組合工藝處理可進(jìn)一步降低生化出水的 COD 濃度．組合工藝的出水水質(zhì)滿足 GB18918-2002 的一級(jí) B 標(biāo)準(zhǔn)．

A/O；膜生物反應(yīng)器；臭氧；活性炭；混合污水

城市工業(yè)的迅猛發(fā)展，為人類社會(huì)提供大量便利的同時(shí)，也影響了城市污水的排放量和污水水質(zhì)．這些工業(yè)污水具有成分復(fù)雜、污染物種類繁多、可生化性差及氮、磷污染物濃度高等特點(diǎn)，為減少人類對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的污染，這些工業(yè)污水必須經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚韀1-2]．目前，對(duì)工業(yè)污水處理多依靠城市污水處理廠處理．但由于工業(yè)污水與城市生活污水水質(zhì)不同，工業(yè)污水對(duì)污水廠的污水處理工藝十分不利[3]．

本研究以北方某城市污水為處理對(duì)象，該污水中造紙和化工污水占城市污水的 80%．采用水解酸化-好氧膜生物-臭氧-活性炭組合處理工藝，將生物處理和物化處理工藝相結(jié)合，在發(fā)揮生物降解有機(jī)物和脫氮除磷優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，利用后續(xù)物化處理將難降解有機(jī)物去除，以期達(dá)到城市的污水排放標(biāo)準(zhǔn)．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 工藝流程及方法

1.1.1 工藝流程

污水處理工藝流程見(jiàn)圖1．

1.1.2 實(shí)驗(yàn)方法

水解酸化-好氧 MBR 反應(yīng)器為生化處理部分．該裝置的 L × B × H=6m × 2.1m × 2.3m ，水解池、好氧池和MBR 池壁底部相通．待處理污水依靠重力流，自初沉池流入水解酸化反應(yīng)池，池內(nèi)利用攪拌裝置保證污泥與污染物充分接觸．好氧池和MBR池底部安裝直徑為250mm的膜片式微孔曝氣器，并在MBR池內(nèi)熱制-相轉(zhuǎn)移PVDF膜組件，通過(guò)鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，保證好氧污泥和污水的接觸時(shí)間，減少污泥對(duì)膜的污染．膜組件連接出水系統(tǒng)和鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，并通過(guò)流量計(jì)、繼電器和抽吸水泵等來(lái)控制出水流量．厭氧池HRT為 6.44 ～ 12.08 h ；好氧池及膜分離池的總HRT為 28.98 ～ 54.34 h ，污泥回流比為 200% ．

圖1 污水處理工藝流程圖Fig.1 Flow chartofwastewater treatmentprocess

臭氧和活性炭采用小體積反應(yīng)裝置，臭氧反應(yīng)柱高 0.4m ，直徑為 0.09m ．活性炭柱體積高 0.4m ，直徑為 0.09 m ．將生化出水按順序經(jīng)由臭氧反應(yīng)器和活性炭吸附柱，分別控制臭氧投加量和活性炭的吸附時(shí)間．臭氧氧化和活性炭的進(jìn)水流量均為 0.24m3/d ，接觸時(shí)間為 1 h ．

1.1.3 分析方法

采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[4]對(duì)污水 COD、NH3-N、TN、TP 等水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析．

1.2 材料

1.2.1 實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)用水采用各主要污染企業(yè)和城市生活污水排污口的混合污水，水中污染物含量如下：COD為 334.8～941.0mg/L ，BOD為 130.8 ～ 180.0mg/L ，NH3-N為 11.1 ～ 28.7mg/L ，TN為 31.2 ～ 38.6mg/L ，SS 為 100 ～216mg/L ，色度為 50 ～ 220 ，TP為 0.9 ～ 17.4mg/L ．

1.2.3 污泥的馴化

水解酸化池和好氧、MBR裝置內(nèi)的接種污泥為某污水廠的剩余污泥和氧化溝污泥．采用連續(xù)進(jìn)水方式，利用稀釋法，逐步加大污水的進(jìn)水比例，對(duì)水解酸化和好氧、MBR 裝置內(nèi)的污泥進(jìn)行污泥培養(yǎng)和馴化，大約 15 d 后，開(kāi)始以原污水為進(jìn)水．在運(yùn)行過(guò)程中，調(diào)整不同運(yùn)行工況，工況 1：進(jìn)水流量為 9.6m3/d ，工況2：進(jìn)水流量為 12.0m3/d ．

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì) COD 的去除

圖2為生物工藝對(duì)COD的去除效果．在第1階段，進(jìn)水流量為 9.6m3/d ，進(jìn)水COD平均值 624.1mg/L ，出水COD為 82.4mg/L ，COD平均去除率為 85.4% ．在第 2 階段時(shí)，進(jìn)水流量為 12m3/d ，進(jìn)水COD平均值為 569.7mg/L ；出水平均COD為 66.5mg/L ，COD平均去除率為 87.9%左右．在不同的進(jìn)水流量下，進(jìn)水有機(jī)物濃度變化幅度較大，出水有機(jī)物濃度較穩(wěn)定，進(jìn)水水量和進(jìn)水濃度對(duì)有機(jī)物的去除效果影響不大，表明該生物工藝能穩(wěn)定去除污水中大量的有機(jī)污染物，工藝具有較好的抗沖擊負(fù)荷和生物降解穩(wěn)定性．

2.2 對(duì) NH3-N 的去除

如圖3所示，在第1階段初期，出水氨氮濃度略高，氨氮去除率略低，當(dāng)進(jìn)水 10 d左右，氨氮去除率趨于平緩．該階段NH3-N平均進(jìn)水為 19.7mg/L ，出水濃度為 2.3mg/L ，去除率為 87.5% ．第 2 階段，NH3-N平均進(jìn)水為 24.9mg/L，出水濃度為 1.9 mg/L ，去除率穩(wěn)定在 92.5%左右．以上數(shù)據(jù)表明，在運(yùn)行初期，微生物對(duì)氨氮適應(yīng)性差，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，微生物逐漸適應(yīng)氨氮的濃度，對(duì)氨氮的去除效果逐步上升并達(dá)到穩(wěn)定．當(dāng)生物系統(tǒng)對(duì)污水適應(yīng)后，微生物在不同的進(jìn)水流量下，對(duì)氨氮均有穩(wěn)定的處理效果．

圖2 COD的去除效果Fig.2 COD removalefficiency

圖3 NH3-N的去除效果Fig.3 Ammonium removalefficiency

在第 2 運(yùn)行階段，對(duì)水解段和MBR 膜出水分別檢測(cè) NH3-N和TN．發(fā)現(xiàn)，水解段對(duì) NH3-N和TN的去除率為 6.2%和 8.1% ，好氧膜出水中 NH3-N 的去除率達(dá)到 91.6%和 57.7% ．以上數(shù)據(jù)表明在組合工藝中，N 的去除主要在好氧段，而厭氧段對(duì)N的去除效果較差，反硝化脫氮效果不好，這主要是由于在生物工藝中，好氧段未設(shè)置消化液回流，在水解段中溶解氧含量低，不能完成硝化反應(yīng)，導(dǎo)致水解段中反硝化脫氮的硝態(tài)氮氮源少，無(wú)法將大量的氮轉(zhuǎn)化為 N2釋放，有機(jī)氮只能通過(guò)水解段的微生物降解，被厭氧微生物同化吸收[5]．在好氧段中由于膜截留的作用，增大了好氧污泥的濃度和污泥停留時(shí)間，保證了硝化菌的存活條件．同時(shí)高濃度的活性污泥對(duì)溶解氧消耗速度過(guò)快，導(dǎo)致污泥內(nèi)部溶解氧不足，促進(jìn)了反硝化菌在污泥內(nèi)部生長(zhǎng)繁殖，從而在污泥中形成硝化和反硝化反應(yīng)，將在好氧污泥硝化生成的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2溢出反應(yīng)器，減少了TN含量．

2.3 對(duì) TP 的去除效果

圖4 為生物工藝對(duì)TP 的處理效果．在進(jìn)水初期，進(jìn)水TP 濃度變化幅度大 （0.9 ～ 17.4mg/L），出水TP ＜0.7mg/L ，初始TP 去除率 ＜ 50% ．經(jīng)過(guò) 10 d左右處理，TP 去除趨于平穩(wěn)，基本達(dá)到 80%以上．第 2 階段中，進(jìn)水TP 平均濃度為 3.3mg/L ，水解段出水TP 高于進(jìn)水TP，MBR 出水TP 降低到 0.2mg/L左右，生物工藝的TP 去除率為 93.7% ．以上數(shù)據(jù)同樣說(shuō)明當(dāng)生物工藝適應(yīng)污水環(huán)境后，處理工藝通過(guò)厭氧釋磷和好氧吸磷的作用去除 TP，最終好氧吸磷的污泥被膜截留在好氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使出水 TP 滿足排放要求[6]．

2.4 對(duì) SS 和色度的去除

生物處理進(jìn)水SS為 100 ～ 216mg/L ，好氧段出水沉淀30 min 后SS 為 514 mg/L ，MBR出水基本為 0，表明膜工藝對(duì)顆粒物截留效果好，優(yōu)于傳統(tǒng)污泥反應(yīng)的重力沉淀出水[7]．進(jìn)水色度為 200 左右，經(jīng)由生物處理后出水色度低于 25 ．

2.5 臭氧-活性炭的處理效果

表1 臭氧與活性炭的COD處理效果 mg/LTab.1 Waterqualitiesof bio-treatmenteffluent,actived carbon effluentand ozonation-actived carbon effluent

圖4 TP的去除效果Fig.4 TP removalefficiency

如表1 所示，在第 1 階段和第 2 階段分別采用活性炭吸附和臭氧氧化-活性炭吸附聯(lián)合工藝對(duì)MBR出水進(jìn)行處理．第 1 階段時(shí)，通過(guò)活性炭吸附，可使COD平均濃度由 60.7mg/L降低至 35.27mg/L，吸附去除率為 41.8% ．第 2 階段中，臭氧氧化處理后的出水CODcr平均值為 45.1mg/L ，去除率為 18.4% ，再經(jīng)過(guò)活性炭吸附處理后，出水CODcr平均值為 28.1mg/L ，其去除率為 49.1% ．出水CODcr均滿足排放《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，出水氨氮濃度變化不明顯．說(shuō)明生化出水中部分難生化降解的有機(jī)物可通過(guò)活性炭的吸附作用或臭氧的礦化作用去除；由于氨氮濃度較低，活性炭的吸附和臭氧的直接和間接氧化作用對(duì)氨氮影響不明顯[8]．

3 結(jié)論

在不同的進(jìn)水濃度下，厭氧-好氧膜生物處理工藝對(duì)混合污水有穩(wěn)定的處理效果．其中 COD 去除率為87.0% ，氨氮去除率為 90.0% ，TN 去除率為 61.2% ，TP 去除率為 92.1% ．其中 NH3-N、TN、TP、色度和SS均可達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)．

生物工藝中厭氧段對(duì)氨氮、TN和TP的去除效果較差，主要通過(guò)好氧段去除氨氮、TN和TP．

利用臭氧氧化和活性炭吸附工藝對(duì)MBR出水進(jìn)行處理，活性炭吸附、單純臭氧氧化和臭氧-活性炭聯(lián)合工藝出水COD均小于 50mg/L ，表明單純活性炭吸附、臭氧氧化和臭氧-活性炭組合工藝均可降低生化出水中的COD，使出水COD滿足國(guó)家一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)．

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[責(zé)任編輯 楊 屹]

Disposalofm ixedwastewaterusing A/O-MBR-ozonation-actived carbon process

LIJing1，LIZheng2，ZHANG Yan-ping1，LIJin-guo2，LIU Zi-chen1，ZHANG Yu1
(1.Schoolof CivilEngineering,HebeiUniversity of Technology,Tianjin 300401;2.China FirstDesign&Research Institute,North ChinaMunicipal Engineering Design&Research Institute,Tianjin 300074,China)

The A/O-MBR-Ozonation-Actived carbon processwas used to dispose of them ixed wastewater of domestic sewage and industrialsewage.The removalefficiency was studied.The result indicated that the biologicaldisposalwas efficient in removalof COD,NH3-N,TN,TP,SSand coloratdifferent flow rateof influent.Actived cabon absorption, oznation and ozonation-actived carbon adsorption could decrease the COD concentration in the effluentof biologicaldisposal.The effluentof the processcould reach grade B of nationaldischarge standard of GB 18918-2002.

A/O;membrane bioreactor;ozone;actived carbon;m ixed wastewater

1007-2373(2014)05-0085-04

X703.1

A

10.14081/j.cnki.hgdxb.2014.05.016

2013-12-30

河北省建設(shè)科技研究項(xiàng)目（2010-111）

李靜（1977-），女（漢族），副教授，博士．