不同進(jìn)水方式對(duì)倒置A2/O-MBR系統(tǒng)脫氮除磷的影響研究

于燿滏，范維利

（沈陽(yáng)建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110168）

雖然國(guó)內(nèi)已經(jīng)大力加強(qiáng)針對(duì)于水體污染的治理與整頓，但是水體中N，P元素的超標(biāo)仍然沒(méi)有得到有效解決。傳統(tǒng)的A2/O是通過(guò)依次使污水通過(guò)厭氧、缺氧以及好氧池[1]，以不同的菌種存在不一樣的代謝活動(dòng)，以此來(lái)達(dá)到脫氮除磷的效果，但是由于反應(yīng)中存在硝化液回流可能會(huì)攜帶DO[2]，反硝化細(xì)菌以及PAOs均可能對(duì)于碳源進(jìn)行爭(zhēng)奪；而且不同的菌種之間存在的不同SRT也是很重要的影響因素[3]。由于國(guó)家對(duì)于污水排放要求日漸嚴(yán)格以及環(huán)境治理刻不容緩，單一的使用倒置A2/O工藝已經(jīng)很難達(dá)到一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn)，使得各級(jí)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的污水處理廠改造已經(jīng)刻不容緩。

MBR近些年得到了突破性發(fā)展[4]。其本質(zhì)是把污水的生物手段與膜過(guò)濾結(jié)合在一起[8]。MBR去掉了過(guò)去污水處理中的二沉池，僅通過(guò)膜組件實(shí)現(xiàn)泥水分割，進(jìn)一步節(jié)約了基建費(fèi)用。普遍認(rèn)為MBR對(duì)BOD與COD的去除能夠維持在一定的水準(zhǔn)，可是對(duì)N、P元素的去除并不是很好[5]。所以將傳統(tǒng)的倒置A2/O與MBR相結(jié)合，組成倒置A2/O-MBR[6-8].其中膜的截留作用，給予世代周期較長(zhǎng)的細(xì)菌充分的時(shí)間生長(zhǎng)，并維持較高的污泥濃度[9]，以到達(dá)提升處理效果的目標(biāo).有研究表明該系統(tǒng)中，富集在生物膜上的微生物主要為硝化細(xì)菌，而處于懸浮狀態(tài)的活性污泥多數(shù)由異養(yǎng)細(xì)菌組成[10]。表明該工藝有利于解決多種菌種間SRT矛盾的問(wèn)題。

分端進(jìn)水致力于解決碳源競(jìng)爭(zhēng)而導(dǎo)致的氮磷無(wú)法同時(shí)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)生物脫單除磷工藝改造建設(shè)中。南彥斌等[11]對(duì)改良A2/O雙污泥系統(tǒng)進(jìn)行分段進(jìn)水，使碳源有效地被利用，極大地提升了脫氮除磷效率。徐宇峰[12]就進(jìn)水分配比對(duì)A2/O工藝的影響進(jìn)行研究，結(jié)果表明該進(jìn)水模式下，出水水質(zhì)得到提高，抗沖擊符合能力強(qiáng)。同時(shí)保證倒置A2/O-MBR組合工藝的脫氮除磷性能保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。而對(duì)分段進(jìn)水對(duì)倒置A2/O-MBR的影響試驗(yàn)較少，并未有準(zhǔn)確結(jié)論。本文根據(jù)倒置A2/O-MBR通過(guò)小試試驗(yàn)，于缺氧池與厭氧池以三種進(jìn)水分配比進(jìn)行進(jìn)水。探究在多種分配比的情況下，組合工藝脫氮除磷的改變，并確定最佳進(jìn)水分配比。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)裝置如圖1所示

圖1 倒置A2/O-MBR工藝流程圖

倒置A2/O-MBR反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，缺氧池、厭氧池、好氧池的有效容積為10L、10L、20L。在缺氧池與厭氧池內(nèi)設(shè)置攪拌器保持泥水混合均勻，于好氧池底部設(shè)置曝氣石條并通過(guò)氣體流量計(jì)來(lái)控制好氧池DO以及保證好氧池泥水混合均勻，同時(shí)好氧池內(nèi)設(shè)置中空纖維膜組件，通過(guò)膜組件抽離出處理完成的出水.整個(gè)設(shè)備的進(jìn)出水以及混合液回流均由蠕動(dòng)泵來(lái)完成。

1.2 試驗(yàn)用水以及接種污泥

倒置A2/O-MBR反應(yīng)器的進(jìn)水使用試驗(yàn)室人工模擬配制廢水，進(jìn)水分別以葡萄糖、NH4Cl以及NH4Cl為碳源、氮源和磷源，并按需要配置CaCl2、MgSO4，同時(shí)通過(guò)投入Na2CO3與NaHCO3來(lái)維持進(jìn)水的pH值。

表1 試驗(yàn)用水水質(zhì)(mg/L)

污泥來(lái)自撫順某污水處理廠的二沉池回流污泥，理化特性如表2。

表2 反應(yīng)器中污泥特性

1.3 運(yùn)行參數(shù)

倒置A2/O-MBR反應(yīng)器運(yùn)行期間，控制溫度為20～28℃，pH值為7.2～8.0，進(jìn)水流量為3L/h， HRT為12h，污泥齡(SRT)為15d，混合液回流為200%，控制缺氧池、厭氧池、好 氧 池 中 DO 依 次 為 0.3～0.6mg·L-1、0.2 mg·L-1以下、2～2.5 mg·L-1試驗(yàn)過(guò)程中采取的不同進(jìn)水分配比如表3所示。

表3 進(jìn)水分配比

1.4 分析項(xiàng)目及檢測(cè)方法

根據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》的操作方式定期進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)。試驗(yàn)儀器采用UV9100型分光光度計(jì)具體分析方法如表4所示。

表4 試驗(yàn)分析方法

2 結(jié)果與分析

2.1 不同工況下系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的去除情況

在三種工況下，系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的去除結(jié)果如圖2。

圖2 不同工況下有機(jī)物去除的效果

由圖2可以得到，改變進(jìn)水分配比，系統(tǒng)中COD的去除效果變化不是很大。在多種分配比下COD出水濃度都在50 mg·L-1以下，去除率均高達(dá)93%，COD的去除率也都在90%以上。這是由于進(jìn)水中的有機(jī)物未出現(xiàn)明顯變化，致使整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物總量保持穩(wěn)定，同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)的微生物所需要的能量處于非飽和態(tài)，反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物均能被微生物所使用，從而說(shuō)明不同進(jìn)水模式對(duì)COD不會(huì)造成較大的影響。

2.2 不同分段工況下脫氮的效果

在三種工況下，系統(tǒng)脫氮情況如下圖3。

圖3 不同工況下脫氮的效果

由圖3(b)可以看出，在不同條件下，出水TN濃度發(fā)生較大變化，在工況一條件下，出水TN最高濃度為9.89 mg·L-1，出水TN平均濃度為8.93mg·L-1，其中NO3--N的平均濃度分別為7.43 mg·L-1，出水TN的平均去除率為79.75%；在工況二條件下，出水TN最高濃度為 11.01 mg·L-1，平均濃度為 10.29 mg·L-1，而NO3--N的平均濃度為9.01mg·L-1，出水TN的平均去除率為76.69%；在工況三條件下，出水TN最高濃度為15.12mg·L-1，出水TN平均濃度為13.20 mg·L-1，其中NO3--N的平均濃度為11.91 mg·L-1，出水TN的平均去除率為70.04%，隨著分配比的下降，NO3--N的質(zhì)量濃度漸漸升高，說(shuō)明反硝化反應(yīng)受阻。但是決定反硝化效率的因素一個(gè)是NO3--N的濃度，另一個(gè)就是有機(jī)物含量，從NH4+-N的轉(zhuǎn)化情況來(lái)看，硝化反應(yīng)進(jìn)行的較為良好，說(shuō)明硝化反應(yīng)并沒(méi)有受到進(jìn)水分配比的影響，因此可以推斷造成反硝化反應(yīng)受阻的應(yīng)該是另一個(gè)影響因素有機(jī)物含量。反硝化細(xì)菌作為異養(yǎng)菌，進(jìn)行反硝化作用需要消耗大量的有機(jī)物，有機(jī)物減少造成反硝化反應(yīng)受阻，大量的NO3--N不能轉(zhuǎn)化成N2，留存在系統(tǒng)中，導(dǎo)致NO3--N濃度升高，TN的濃度也在上升，只有TN去除在下滑。

2.3 不同分段工況下除磷的效果

在三種工況下，系統(tǒng)除磷情況如下圖4。

圖4 不同工況下除磷的效果

由圖4可以看出，在工況一下，進(jìn)、出水TP平均濃度分別為4.24 mg·L-1和0.42 mg·L-1，平均去除率達(dá)到90.00%；在工況二下，進(jìn)、出水TP平均濃度分別為4.22 mg·L-1和0.43 mg·L-1，平均去除率為89.81%；在工況三下，進(jìn)水TP平均濃度為4.28 mg·L-1，出水TP平均濃度為0.62 mg·L-1，出水TP的平均去除率為85.44%。進(jìn)水方式的改變，使除磷效果得到了明顯的提升。這是因?yàn)榫哿拙玫搅顺渥愕挠袡C(jī)物以供厭氧釋磷，是其自身具備更高的吸磷動(dòng)力，從而提高系統(tǒng)整體的除磷效果。徐微等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)增加碳源可以加強(qiáng)PAOs厭氧釋放磷的能力。在工況三下，TP去除效率減弱.分析發(fā)現(xiàn)這是由于缺氧池有機(jī)物含量不足，導(dǎo)致反硝化進(jìn)行的不徹底。剩余的NO3--N進(jìn)入?yún)捬醭嘏cPAOs競(jìng)爭(zhēng)碳源，進(jìn)而抑制PAOs釋放磷導(dǎo)致吸磷能力減弱。因此為權(quán)衡脫氮除磷效果，保持系統(tǒng)處于工況一條件下，能夠保證氮、磷元素的高效去除。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）進(jìn)水分配比對(duì)CODNH4+-N的去除影響較小，基本沒(méi)有變化；

（2）進(jìn)水分配比對(duì)TN有較大的影響，凡硝化細(xì)菌作為異養(yǎng)菌，進(jìn)行反硝化作用時(shí)需要消耗大量的有機(jī)物，有機(jī)物含量少會(huì)使反硝化過(guò)程受阻。

（3）進(jìn)水分配比對(duì)TP的去除影響比較大，同時(shí)為兼顧脫氮和除磷效果，選擇進(jìn)水分配比為6:4的進(jìn)水模式，該模式下出水TN和TP濃度分別為8.93 mg·L-1和0.42 mg·L-1，均達(dá)到污水處理一級(jí)A的標(biāo)準(zhǔn)。