A/O—MBR處理低C/N生活污水的脫氮因素研究

馮志江+戴捷+劉文+張利+王吉松+張業(yè)中+龔銀香

摘要：采用A/O-MBR工藝處理低C/N（3～5）生活污水，考查溶解氧（DO）、水力停留時(shí)間（HRT）及回流比（R）對(duì)脫氮效果的影響，并對(duì)處理過程進(jìn)行全氮分析。結(jié)果表明，該工藝NH4+-N去除率在95%以上，但TN去除率最高僅為66%，TN去除在DO=2～3 mg/L、HRT=9 h及R=300%時(shí)分別出現(xiàn)峰值，缺氧段處理效果明顯優(yōu)于好氧段。對(duì)處理過程的全氮分析表明，28～32 ℃水溫條件下，系統(tǒng)亞硝化率（NO2-/TN）保持在3%以下的低比率，說明短程硝化反硝化作用可以忽略，TN去除主要依賴硝化反硝化；控制DO=2～3 mg/L、HRT=9 h，系統(tǒng)好氧池硝化率（NO3-/TN）維持在61%～90%之間，缺氧池硝化率隨R增加逐漸上升，在R=300%時(shí)達(dá)到高點(diǎn)76%；控制DO=2～3 mg/L、R=300%，缺氧池硝化率也在HRT=9 h時(shí)達(dá)到高點(diǎn)。結(jié)果表明，A/O-MBR工藝維持TN去除效果的先決條件是缺氧池達(dá)到足夠的硝化率。由于反硝化細(xì)菌是典型的異養(yǎng)菌，TN去除不夠理想主要源于進(jìn)水碳源相對(duì)缺乏。除了增加碳源的傳統(tǒng)措施外，提高TN去除率應(yīng)更多地關(guān)注工藝條件的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：A/O-MBR；低C/N；硝化反硝化；全氮分析

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）10-2354-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.012

MBR（膜生物反應(yīng)器）是將活性污泥和膜分離技術(shù)相結(jié)合的污水處理工藝，和傳統(tǒng)的活性污泥法相比，MBR具有以下優(yōu)點(diǎn)：占地面積小，實(shí)現(xiàn)污泥停留時(shí)間（SRT）和水力停留時(shí)間（HRT）的完全分離，減少污泥產(chǎn)量，提高活性污泥的比表面積及出水質(zhì)量等[1，2]。目前MBR正在被逐步應(yīng)用于生活和工業(yè)污水的凈化與處理，尤其是隨著膜及其組件性能的進(jìn)一步改進(jìn)，處理成本的降低，作為一種新型高效水處理工藝的MBR顯示出了越來越廣泛的應(yīng)用前景。

缺氧/好氧—膜生物反應(yīng)器（A/O-MBR）因能同時(shí)實(shí)現(xiàn)有機(jī)物和氮素的去除而備受關(guān)注，成為MBR工藝的研究熱點(diǎn)[3，4]。中國(guó)南方生活污水碳氮比（C/N）普遍偏低，采用傳統(tǒng)活性污泥法對(duì)全氮（TN）的去除效果普遍不理想，碳源缺乏成為TN去除的主要限制性因素[5-7]，但在進(jìn)水中增加碳源會(huì)明顯提高運(yùn)行成本。鑒于A/O-MBR工藝在脫氮方面的優(yōu)勢(shì)，研究者考察了該工藝在低碳氮比廢水處理中的應(yīng)用，期望能為此類廢水脫氮找到一種低成本的運(yùn)行工藝。研究結(jié)果表明，A/O-MBR工藝在低碳氮比廢水處理方面并沒有體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，無外加碳源前提下，系統(tǒng)TN去除率最高不超過68%[8，9]。至于具體的原因，目前的相關(guān)文獻(xiàn)尚未見進(jìn)行系統(tǒng)性的分析，而這個(gè)問題涉及到A/O-MBR工藝在低碳氮比廢水處理中的應(yīng)用前景，值得深入探究?？紤]到TN的去除與處理過程中氮素的遷移轉(zhuǎn)化具有直接關(guān)聯(lián)，開展A/O-MBR工藝在低碳氮比廢水處理過程中氮素遷移研究將具有重要的參考價(jià)值。

鑒于此，本研究選擇低C/N生活污水為處理對(duì)象，首先考察溶解氧（DO）、HRT、內(nèi)循環(huán)回流比（R）對(duì)A/O-MBR脫氮效果的影響，探討系統(tǒng)對(duì)氨氮（NH4+-N）、TN的去除規(guī)律；然后選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)，針對(duì)處理過程開展全氮分析，探明A/O-MBR系統(tǒng)脫氮的主要限制因素，為A/O-MBR系統(tǒng)在低C/N生活污水處理中的應(yīng)用指明發(fā)展方向。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置（圖1）采用缺氧/好氧一體式膜生物反應(yīng)器。反應(yīng)器總有效容積67.2 L，缺氧區(qū)為28.7 L，好氧區(qū)為38.5 L，缺氧區(qū)設(shè)置攪拌裝置，好氧區(qū)放置膜組件，膜組件底部正下方設(shè)曝氣管曝氣。膜組件選用中空纖維膜，材質(zhì)為聚丙烯（PP），過濾面積為0.2 m2，膜孔徑為0.1 μm。操作壓力為10～40 kPa，進(jìn)水采用“U”形管水位箱，連續(xù)進(jìn)水，間歇出水，抽/停周期為10/3 min。

1.2 試驗(yàn)原水水質(zhì)

試驗(yàn)原水取自荊州市長(zhǎng)江大學(xué)東校區(qū)北門污水泵站，原水各項(xiàng)指標(biāo)見表1。試驗(yàn)過程中水質(zhì)指標(biāo)分析采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法：氨氮采用納氏試劑分光光度法，硝態(tài)氮采用酚二磺酸分光光度法；亞硝態(tài)氮采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法；TN采用紫外分光光度法；pH采用玻璃電極法。溶解氧（DO）和水溫的測(cè)定采用YSI550A型溶解氧分析儀。

1.3 研究方法

MBR中的接種污泥取自荊州市城南污水處理廠污泥儲(chǔ)存池，污泥的培養(yǎng)和馴化過程持續(xù)14 d， 14 d 時(shí)CODcr（以重鉻酸鉀為氧化劑測(cè)定的水的化學(xué)需氧量）去除率達(dá)到80%，生化池污泥呈褐色，可認(rèn)為馴化成功。15 d開始依次調(diào)節(jié)裝置的好氧池DO、系統(tǒng)水力停留時(shí)間（HRT）、內(nèi)循環(huán)回流比（R），以確定最佳運(yùn)行條件。每個(gè)參數(shù)變動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)行3 d后取樣測(cè)定系統(tǒng)內(nèi)CODcr、TN、氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮等指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 DO對(duì)系統(tǒng)脫氮效果的影響

控制HRT=9 h、R=300%，考察了好氧池DO對(duì)A/O-MBR系統(tǒng)脫氮效果的影響。從圖2可以看出，好氧池DO=1～2 mg/L時(shí)，系統(tǒng)NH4+-N去除率即達(dá)到97%。隨著DO升高，缺氧池NH4+-N去除率從50%增加到約90%，但系統(tǒng)總?cè)コ首兓淮?，說明主要硝化過程均在好氧池內(nèi)完成，而且系統(tǒng)硝化效果良好[10，11]。TN去除規(guī)律明顯不同于NH4+-N，DO為2～3 mg/L時(shí)TN去除出現(xiàn)峰值（圖3）。從圖3中可以看出，缺氧池TN含量明顯低于好氧池，考慮到污水回流的影響，說明TN去除主要在缺氧池內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

2.2 HRT、R對(duì)系統(tǒng)去除TN效果的影響

保持好氧池DO=2～3 mg/L、R=300%，考察HRT對(duì)系統(tǒng)去除TN效果的影響。如圖4所示，HRT=9 h時(shí)TN去除率出現(xiàn)明顯峰值。保持DO=2～3 mg/L、HRT=9 h，考察R對(duì)系統(tǒng)脫除TN的影響。如圖5所示，R=300%時(shí)TN去除率最高，達(dá)到66%。以上研究表明，A/O-MBR工藝脫除TN的優(yōu)化參數(shù)為DO=2～3 mg/L、HRT=9 h、R=300%。endprint