A2O-MBR及ECO組合工藝處理高濃度生活污水的脫氮除磷效果研究

馬錫敏，徐武東,馬立峰，張 建,夏仙兵,孔伊芳

(寧波中車時代傳感技術(shù)有限公司，浙江 寧波 315000)

A2O-MBR及ECO組合工藝處理高濃度生活污水的脫氮除磷效果研究

馬錫敏，徐武東,馬立峰*，張 建,夏仙兵,孔伊芳

(寧波中車時代傳感技術(shù)有限公司，浙江 寧波 315000)

脫氮除磷一直是生活污水處理的難點。A2O-MBR處理工藝受進(jìn)水水質(zhì)碳氮比、進(jìn)水流量、活性污泥泥齡、環(huán)境溫度等因素影響較大，導(dǎo)致出水總氮、氨氮、總磷指標(biāo)不穩(wěn)定。針對以上問題，探索了A2O-MBR、ECO組合工藝處理高濃度生活污水的脫氮除磷效果。結(jié)果顯示該組合工藝對氨氮、總磷去除效果顯著，氨氮出水為0.313mg/L，總磷出水為0.25mg/L；出水總氮相對較高為15.2mg/L。通過組合工藝處理，出水氨氮、總氮、總磷均滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級B標(biāo)要求。

脫氮除磷；A2O-MBR；ECO工藝；高濃度生活污水；一級B標(biāo)

近年來，隨著城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造工程的實施，部分地區(qū)對生活污水出水水質(zhì)指標(biāo)要求也越來越高。傳統(tǒng)的活性污泥法對生活污水中的化學(xué)需氧量、固體懸浮物、生化需氧量具有較好的處理效果。但由于受活性污泥馴化、進(jìn)水水質(zhì)碳氮比、進(jìn)水量波動、排泥周期、環(huán)境溫度等因素限制，脫氮除磷效果波動較大。ECO(電催化氧化)污水處理工藝效率不受 pH、溫度、鹽度等因素影響，且抗負(fù)荷沖擊能力較強(qiáng)，在水處理領(lǐng)域有較好的運用[1]。當(dāng)然在采用ECO處理生活污水過程中，也受到相關(guān)條件約束。當(dāng)進(jìn)水懸浮物含量濃度較高時，無法滿足ECO工藝要求的 SS≤35 mg/L 的進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)[2]。

目前A2O-MBR及ECO組合工藝在海上平臺生活污水處理領(lǐng)域有較多的應(yīng)用和研究。經(jīng)過該組合工藝處理后，出水可達(dá)到。在生活污水處理領(lǐng)域應(yīng)用較少。由于真空收集污水污染物濃度較高，經(jīng)過A2O-MBR處理后氮、磷指標(biāo)很難達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)標(biāo)準(zhǔn)要求。

探索新型組合工藝對脫氮除磷效果的研究，不僅可以提高高濃度生活污水處理效果，而且對一般生活污水提標(biāo)改造具有一定可行性。本文根據(jù)A2O-MBR及ECO處理工藝的特點并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[3]，研究A2O-MBR、ECO組合工藝處理高濃度生活污水的脫氮除磷效果。

1 材料與方法

1.1 實驗裝置與運行參數(shù)

圖1 實驗裝置圖

Fig.1 experimental device diagram

圖2 工藝流程圖

2.2 實驗方法

實驗進(jìn)水為高濃度生活污水，主要為沖廁廢水及洗手污水。污物收集系統(tǒng)與客車污物收集系統(tǒng)相類似，便器污水通過真空集污系統(tǒng)收集，由于真空收集用水量很少(單次耗水為500～800mL)，收集污水污染物濃度遠(yuǎn)高于普通生活污水。進(jìn)水水質(zhì)參照取至K245次(泰州-成都)和1363次(北京-成都)密閉式集便器收集污水及實驗室實測進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)，具體指標(biāo)如表1所示。本研究為觀察電催化氧化對高濃度出水磷的處理結(jié)果，且在某些領(lǐng)域，如船舶航海、鐵路運輸、海上平臺，由于受到周邊環(huán)境等因素限制，影響設(shè)備排泥周期，研究組合工藝延長周期排泥對脫氮除磷效果影響具有重要的意義。故在本系統(tǒng)試驗研究過程中，未對A2O-MBR設(shè)備進(jìn)行排泥處理，大量的磷富集在好氧區(qū)，導(dǎo)致生化處理后，超濾膜出水總磷指標(biāo)濃度較高。

表1 進(jìn)水水質(zhì)特征 mg/L

電催化氧化過程采用鋁鈦合金為電解材料。鈦作為基體材料，導(dǎo)電性良好，屬于活潑金屬，在含氧環(huán)境中會在表面形成一層氧化物膜，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕性強(qiáng)[4]。污水在電場作用下，生成氧化性極強(qiáng)的羥基自由基、活性氯等氧化劑，通過氧化作用去除COD、氨氮等污染物。部分氨氮在電化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)被直接氧化或間接氧化為氮氣和氮氧化物。電催化氧化產(chǎn)生的可溶性[Al(OH)6]3-等多核羥基配合物或氫氧化物，可以作為混凝劑將磷酸鹽等物質(zhì)吸附，通過沉淀、固液分離后去除。

電催化氧化電流密度、水力停留時間經(jīng)過查閱相關(guān)文獻(xiàn)[5-7]并在實驗室大量實驗的基礎(chǔ)上確定。本方案控制電流密度為220A2/m2，電催化水力停留時間為15min。在電解過程中投加一定量催化劑，一方面加快反應(yīng)速度，減少水力停留時間，另一方面減少電催化氧化電流強(qiáng)度，節(jié)省能源。進(jìn)水通過催化氧化處理后，經(jīng)過過濾器過濾后出水。電催化氧化主要化學(xué)方程式如下所示：

4OH--4e→2H2O+2[O]

(1)

2Cl--2OH-→2OCl-+H2↑+2e

(2)

Al3+-3OH-→Al(OH)3↓

(3)

(4)

3 結(jié)果與討論

3.1 A2O工藝脫氮除磷效果分析

高濃度生活污水經(jīng)過A2O+MBR工藝處理后，氨氮、總氮濃度顯著降低，出水總磷濃度較高。一方面污泥未定期排放影響膜生物反應(yīng)器對高濃度生活污水除磷效果；另一方面，過量的總磷為接下來電催化氧化除磷提供研究數(shù)據(jù)。A2O工藝出水氨氮、總氮、總磷均未達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)一級B標(biāo)要求?？紤]ECO進(jìn)水水質(zhì)對懸浮物濃度有一定要求，故對A2O+MBR工藝出水懸浮物進(jìn)行檢測。經(jīng)過平板膜過濾后，出水懸浮物濃度為16mg/L，滿足一級B標(biāo)要求，肉眼觀察出水為透明、淡黃色液體。實測值與標(biāo)準(zhǔn)值比較如下圖所示。

圖3 A2O工藝出水水質(zhì)指標(biāo)

3.2 ECO工藝脫氮除磷效果研究

經(jīng)過膜生物反應(yīng)器處理過的污水考慮采用ECO工藝進(jìn)行深度脫氮除磷處理。ECO工藝脫氮除磷效果如表2所示。

通過水質(zhì)檢測結(jié)果顯示，ECO工藝對氨氮、總磷去除效果顯著。其中氨氮出水含量為0.313mg/L，去除率為96.2%；總磷出水含量為0.25mg/L，去除率為99.4%?？偟コЧ^氨氮、總磷相對不理想，總氮去除率為40%。主要原因為氨氮通過電催化氧化作用轉(zhuǎn)化為氮氣及氮氧化合物，其中氮氣從水中溢出，氮氧化物仍留在水體內(nèi)，包含在總氮指標(biāo)中。各指標(biāo)出水含量滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)一級B標(biāo)要求。氨氮、總氮、總磷實測值與標(biāo)準(zhǔn)值比較如下圖所示。

圖4 ECO工藝出水水質(zhì)指標(biāo)

A2O-MBR與ECO組合工藝對脫氮除磷具有一定效果。通過改變電流密度、電解槽水力停留時間等參數(shù)觀察最終出水水質(zhì)。未發(fā)現(xiàn)電催化氧化同步對氨氮、總氮、總磷均有較好去除效果，通過改變相關(guān)參數(shù)，氨氮、總磷去除效果差異性顯著，總氮變化較小，這與A2O-MBR工藝、ECO工藝不同工作原理及脫氮除磷原理有關(guān)。由于脫氮除磷對周圍環(huán)境需求不一樣，很難在同一段工藝下同步達(dá)到高效率脫氮除磷的目的。

表2 A2O-MBR耦合ECO工藝脫氮除磷效果

4 結(jié)論

通過對A2O-MBR、ECO組合工藝處理高濃度生活污水脫氮除磷效果的研究，結(jié)果顯示：

(1)該組合工藝對除磷效果顯著。由于A2O-MBR設(shè)備未定期進(jìn)行排泥，生化處理后超濾膜出水總磷含量較高。通過ECO工藝處理后，總磷為0.25mg/L，去除率為99.4%，處理效果良好。A2O-MBR段總磷去除效果受污泥泥齡影響顯著，經(jīng)過ECO工藝處理后，可顯著提高處理效果。在海洋船舶、海上鉆井平臺等領(lǐng)域，由于受周邊環(huán)境因素等限制，污泥排泥周期較長。在延長A2O-MBR設(shè)備排泥周期同時，污水經(jīng)過ECO工藝處理仍可達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。同時可以為農(nóng)村生活污水提標(biāo)改造提供指導(dǎo)意義。

(2)生化處理后，總氮含量顯著降低。經(jīng)過電催化氧化工藝處理，總氮去除率為40%?？偟コЧ贏2O-MBR段顯著，ECO去除效果欠佳。在組合系統(tǒng)運行過程中，可調(diào)節(jié)A2O-MBR段相關(guān)參數(shù)提高總氮去除率[8-9]。

(3)氨氮去除效果良好。經(jīng)過膜生物反應(yīng)器處理，進(jìn)水中大量氨氮得到去除。膜生物反應(yīng)器出水經(jīng)過電催化氧化處理后，處理效果顯著?？梢钥闯鯝2O-MBR、ECO工藝對氨氮均有較好的去除效果。

本研究旨在通過不同污水處理工藝組合，研究系統(tǒng)整體脫氮除磷的效果。由于受不同條件制約，在同一工藝段很難達(dá)到同步高效脫氮除磷的目的。通過調(diào)整、優(yōu)化各工藝段的技術(shù)參數(shù)，發(fā)揮組合工藝各段處理特定污染物的優(yōu)勢，從而達(dá)到高效脫氮除磷的目的。

[1] 張重德,閆 肅,滕厚開,等. ECO一體化反應(yīng)器處理海上平臺生活污水試驗研究[J].工業(yè)水處理,2014,34(5):73-75.

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[3] 黃彥鋒,李洪濤,段敬堯,等. MBR耦合ECO處理海上平臺生活污水技術(shù)研究[J].工業(yè)水處理,2016,36(8):28-31.

[4] 趙 瑾. 電催化高級氧化技術(shù)處理沖廁海水研究[D].天津:天津大學(xué),2012.

[5] 鄭國河.電催化降解飲用水硝酸鹽的實驗研究[D].西安：陜西師范大學(xué),2009.

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StudyontheNitrogenandPhosphorusRemovalEffectofDomesticSewageofHighConcentrationswithA2O-MBRandECOCombinationProcess

MaXimin,XuWudong,MaLifeng*,ZhangJian,XiaXianbing,KongYifang

(Ningbo Crrc Times Transducer Technology Co., Ltd.,Ningbo 315000,China)

Nitrogen and phosphorus removal has been the difficulty of domestic sewage treatment. A2O-MBR treatment process is affected by factors such as carbon and nitrogen ratio, influent flow rate, activated sludge age and ambient temperature, which leads to the instability of total nitrogen, ammonia and total phosphorus. In view of the above problems, the study of A2O-MBR and ECO combined treatment on denitrification and dephosphorization of high concentration domestic sewage were explored. The results showed that the combined process had significant effect on ammonia and total phosphorus removal, ammonia was 0.313mg/L, the total phosphorus effluent was 0.25mg/L, and the total nitrogen content was 15.2mg/L.By combining process, the discharge ammonia nitrogen, total nitrogen and total phosphorus meet the requirements of grade B of the《Discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant》(GB18918-2002).

nitrogen and phosphorus removal; A2O-MBR; ECO process; high concentration of domestic sewage;requirements of grade B

2017-09-28

馬錫敏(1976—)，四川西充人，高級工程師;通訊作者：馬立峰。

X703

A

1008-021X(2017)22-0168-03

(本文文獻(xiàn)格式：馬錫敏，馬立峰，徐武東,等.A2O-MBR及ECO組合工藝處理高濃度生活污水的脫氮除磷效果研究[J].山東化工，2017，46(22)：168-170.)