進(jìn)水分配比對(duì)倒置A2/O-MBR系統(tǒng)處理低C/N廢水效果的影響研究

趙珂瑤，于燿 滏，李亞峰

（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）

傳統(tǒng)A2/O工藝是由美國(guó)專家MARAIS基于Phoredox工藝研究開發(fā)出的一種同步脫氮除磷工藝，主要是由3個(gè)反應(yīng)器所組成（厭氧反應(yīng)器、缺氧反應(yīng)器、好氧反應(yīng)器）[1]。進(jìn)水依次經(jīng)過厭氧反應(yīng)器、缺氧反應(yīng)器、好氧反應(yīng)器以及雙回流系統(tǒng)來達(dá)到脫氮除磷的效果。在厭氧條件下，主要進(jìn)行的是PAOs的厭氧釋磷以及氨化細(xì)菌的氨化反應(yīng)。在缺氧條件下，主要進(jìn)行的是反硝化脫氮反應(yīng)，反硝化細(xì)菌在此條件下利用水中的有機(jī)物將隨消化液回流至缺氧池的NO3--N轉(zhuǎn)化為N2排出水體，從達(dá)到脫氮的目的[2-3]。在好氧條件下，主要進(jìn)行的硝化反應(yīng)和好氧吸磷反應(yīng)。硝化細(xì)菌將污水中的NH4+-N轉(zhuǎn)化成NO3--N為反硝化提供電子受體，同時(shí)聚磷菌消耗自身內(nèi)部的PHB來進(jìn)行超量吸磷。內(nèi)、外回流分別將硝化液和含磷污泥回流至缺氧反應(yīng)器與厭氧反應(yīng)器進(jìn)行反硝化處理和厭氧釋磷處理。憑借反硝化反應(yīng)和含磷污泥的排放實(shí)現(xiàn)污水的脫氮除磷。在整個(gè)反應(yīng)過程中，污水中的有機(jī)物主要被厭氧反應(yīng)器和缺氧反應(yīng)器所利用。

傳統(tǒng)A2/O工藝作為我國(guó)脫氮除磷的主體工藝，盡管已被廣泛應(yīng)用，但在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)仍然存在一定缺陷，例如不同菌種間SRT矛盾，碳源競(jìng)爭(zhēng)等問題。為解決這些問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)A2/O類工藝的改良進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究。為解決傳統(tǒng)A2/O類工藝不能充分發(fā)揮系統(tǒng)的脫氮除磷能力的問題，張波[4]等根據(jù)“厭氧釋磷并不是好氧超量吸磷的充要條件”和“PAOs 超量攝磷與厭氧歷時(shí)和厭氧程度有關(guān)”兩種新觀點(diǎn)，將傳統(tǒng)A2/O工藝的缺氧池位置前置并取消原系統(tǒng)中的消化液回流，開發(fā)出倒置A2/O工藝。膜生物反應(yīng)器（MBR）作為一種將膜分離技術(shù)與生物處理單元相結(jié)合而產(chǎn)生出的一種新型污水處理工藝。因其具有截留污水中微生物的作用，因此有學(xué)者提出將其與活性污泥工藝相結(jié)合，以期解決不同微生物SRT的矛盾[5]。許忠鳳[6]將A/O工藝與MBR工藝相結(jié)合，組成多級(jí)A/O-MBR工藝并進(jìn)行生活污水脫氮除磷的試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，在經(jīng)過處理出水中COD、氨氮、TN能達(dá)到一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn)，有64.29%的TP能夠達(dá)到一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn)。諸剛[7]對(duì)新型一體化A2/O-MBR組合工藝進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)通過控制曝氣量和污泥回流能夠保持較高的脫氮除磷效果，且能耗更低。王朝朝[8]采用UCT型浸沒式膜生物反應(yīng)器處理市政污水發(fā)現(xiàn)，組合工藝的抗沖擊符合能力更強(qiáng)，在ρ(COD)/ρ(TN)為7.3時(shí)TN和TP的去除效果最好，去除率分別為90.27%、92.4%。

通過上述實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)A2/O-MBR組合工藝能夠有效提高脫氮除磷的效果，但對(duì)組合工藝的影響因素研究較少，且很少將組合工藝應(yīng)用于低C/N比廢水，因此本實(shí)驗(yàn)采用倒置A2/O-MBR組合工藝處理低C/N比廢水，為兼顧脫氮除磷效果，對(duì)進(jìn)水分配比進(jìn)行研究，確定最佳進(jìn)水分配比。

1 試驗(yàn)

1.1 裝置

試驗(yàn)所采用的裝置為倒置A2/O工藝與MBR工藝相結(jié)合而成的倒置A2/O-MBR組合工藝。該組合工藝的工藝流程圖如圖1所示。

圖1 倒置A2/O-MBR工藝流程圖

倒置A2/O-MBR組合工藝整體由有機(jī)玻璃制成，長(zhǎng)約79 cm，寬約23 cm，高度約50 cm，反應(yīng)器內(nèi)的有效水深為35 cm。反應(yīng)器主要包括3部分：缺氧反應(yīng)器、厭氧反應(yīng)器、好氧反應(yīng)器，三者體積之比為1∶1∶2，有效容積分別為10 L（缺）、10 L（厭）、20 L（好）。缺氧反應(yīng)器與厭氧反應(yīng)器底部具有連通水孔，供缺氧反應(yīng)器出水流入?yún)捬醴磻?yīng)器中。厭氧反應(yīng)器與好氧反應(yīng)器之間設(shè)置溢流口，供厭氧反應(yīng)器的出水流入好氧反應(yīng)器中。系統(tǒng)的進(jìn)水及混合液回流通過蠕動(dòng)泵來達(dá)成，出水通過膜組件的抽吸作用來達(dá)成。好氧反應(yīng)器的曝氣方式采取鼓風(fēng)曝氣方式，外部設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)并在鼓風(fēng)機(jī)與曝氣裝置之前連接氣體流量計(jì)以控制水中的DO量。

1.2 試驗(yàn)用水以及接種污泥

模擬試驗(yàn)用水以淀粉作為唯一碳源、氯化銨作為氮源、磷酸二氫鉀作為磷源，并投加適量氯化鈣、硫酸鎂等物質(zhì)來提高活性污泥的沉降性能。同時(shí)為了滿足微生物正常的生長(zhǎng)、繁殖需要，按照0.3 mL·L-1的比例向水體中添加微量元素。試驗(yàn)用水的水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 低C/N比廢水水質(zhì)指標(biāo)

污泥來自撫順某污水處理廠的二沉池回流污泥，理化特性如表2所示。

表2 倒置A2/O-MBR系統(tǒng)接種污泥理化特性

1.3 分析項(xiàng)目及檢測(cè)方法

本試驗(yàn)所需進(jìn)行檢測(cè)的項(xiàng)目及檢測(cè)方法均按照國(guó)家環(huán)保局編寫的《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）中規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)定。主要檢測(cè)項(xiàng)目及分析檢測(cè)方法見表3。

表3 水質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目以及測(cè)試方法

2 結(jié)果與分析

本階段試驗(yàn)分別控制進(jìn)水分配比在6∶4、5∶5、4∶6的條件下。同時(shí)控制進(jìn)水流量為3.3 L·h-1、HRT為12 h、SRT為15 d、混合液回流比為200%、系統(tǒng)溫度為20～30℃、pH 介于7.8～8.0。每天定時(shí)對(duì)反應(yīng)器的進(jìn)出水進(jìn)行檢測(cè)。

2.1 進(jìn)水分配比對(duì)COD去除的影響

在3種工況下，不同進(jìn)水分配比下COD的去除結(jié)果如圖2所示。

圖2 進(jìn)水分配比對(duì)COD去除效果的影響

由圖2可以看出，在工況一條件下，出水COD質(zhì)量濃度在11.46～15.82 mg·L-1之間進(jìn)行波動(dòng)，出水平均質(zhì)量濃度為13.64 mg·L-1，平均去除率為91.43%。在工況而二條件下，出水COD質(zhì)量濃度在10.72～17.39 mg·L-1之間進(jìn)行波動(dòng)，平均質(zhì)量濃度為14.10 mg·L-1，平均去除率為91.59%。在工況三條件下，出水COD質(zhì)量濃度在10.23～16.4 mg·L-1之間進(jìn)行波動(dòng)，出水COD平均質(zhì)量濃度為14.04 mg·L-1，平均去除率為91%。

2.2 進(jìn)水分配比對(duì)NH4+-N去除的影響

在3種工況下，不同進(jìn)水分配比下NH4+-N的去除結(jié)果如圖3所示。

圖3 進(jìn)水分配比對(duì)NH4+-N去除效果的影響

由圖3可以看出，在工況一條件下，出水NH4+-N質(zhì)量濃度在0.48～0.92 mg·L-1之間進(jìn)行波動(dòng)，出水平均質(zhì)量濃度為0.68 mg·L-1，平均去除率為98.3%。在工況而二條件下，出水NH4+-N質(zhì)量濃度在0.6～1.12 mg·L-1之間進(jìn)行波動(dòng)，平均質(zhì)量濃度為0.83 mg·L-1，平均去除率為97.96%。在工況三條件下，出水NH4+-N質(zhì)量濃度在0.41～0.86 mg·L-1之間進(jìn)行波動(dòng)，出水NH4+-N平均質(zhì)量濃度為0.62 mg·L-1，平均去除率為98%。

2.3 進(jìn)水分配比對(duì)TN去除的影響

在三種工況下，不同進(jìn)水分配比下TN的去除結(jié)果如圖4所示。

圖4 進(jìn)水分配比對(duì)TN去除效果的影響

由圖4可看出，在3種不同進(jìn)水分配比的條件下，組合工藝對(duì)TN的去除具有著明顯差異。隨著缺氧反應(yīng)器與厭氧反應(yīng)器投配比的逐步減小，TN的去除率逐步下降，出水TN質(zhì)量濃度逐步增加。在工況一條件下，出水TN質(zhì)量濃度在19.87至21.64 mg·L-1之間進(jìn)行波動(dòng)，平均TN出水質(zhì)量濃度和平均去除率為20.7 mg·L-1和48.26%。在工況二條件下，出水TN質(zhì)量濃度升高，在23.58至24.58 mg·L-1之間進(jìn)行波動(dòng)，其平均TN出水質(zhì)量濃度和平均去除率為23.99 mg·L-1和40.95%。相較于工況一，去除率下降了7.31%。在工況三條件下，出水TN質(zhì)量濃度在25.14～26.71 mg·L-1之間進(jìn)行波動(dòng)，平均質(zhì)量濃度為25.38 mg·L-1，平均去除率下降至37.10%。與工況二的處理效果相比，此時(shí)TN平均質(zhì)量濃度上升1.39 mg·L-1，平均去除率降低了3.85%，處理效果又有小幅度的減弱。

2.4 進(jìn)水分配比對(duì)TP去除的影響

在3種工況下，不同進(jìn)水分配比下TP的去除結(jié)果如圖5所示。

圖5 進(jìn)水分配比對(duì)TP去除效果的影響

由圖5可以看出，在不同進(jìn)水分配比條件下，組合工藝對(duì)TP的去除有著較為明顯的影響。隨著缺氧反應(yīng)器與厭氧反應(yīng)器投配比的減小，系統(tǒng)出水的TP質(zhì)量濃度度逐漸升高。在整個(gè)試驗(yàn)期間，進(jìn)水TP平均質(zhì)量濃度為4.1 mg·L-1。在工況一條件下，出水TP質(zhì)量濃度在1.06～1.25 mg·L-1之間進(jìn)行波動(dòng)，出水平均質(zhì)量濃度為1.16 mg·L-1，平均去除率為71%。在工況而二條件下，出水TP質(zhì)量濃度在1.25～1.36 mg·L-1之間進(jìn)行波動(dòng)，出水TP平均質(zhì)量濃度為1.3 mg·L-1，平均去除率為68.37%。在工況三條件下，出水TP質(zhì)量濃度在1.46～1.54 mg·L-1之間進(jìn)行波動(dòng)，出水TP平均質(zhì)量濃度為1.5 mg·L-1，平均去除率為63.58%。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，工況一的處理效果優(yōu)于工況二和工況三，且當(dāng)在工況三條件下，除磷效果大幅下降，與工況一相比下降了7.42%。

3 結(jié) 論

1）不同進(jìn)水分配比對(duì)有機(jī)物的去除影響很小，三種不同工況下的出水COD平均質(zhì)量濃度分別為13.64、14.10、14.04 mg·L-1。

2）進(jìn)水分配比對(duì)NH4+-N的影響情況與對(duì)COD的影響一致，幾乎無影響，3種不同工況下的出水NH4+-N平均質(zhì)量濃度分別為0.68、0.83、0.62 mg·L-1。

3）不同進(jìn)水分配比對(duì)TN的去除具有十分明顯的影響，工況一條件下的TN去除效果明顯優(yōu)于工況二與工況三，3種不同工況下的出水TN平均質(zhì)量濃度分別為20.7、23.99、24.38 mg·L-1。

4）不同的進(jìn)水不同進(jìn)水配比對(duì)TP的去除具有十分明顯的影響，在工況一條件下促進(jìn)效果相對(duì)較好，3種不同工況下的出水TP平均質(zhì)量濃度分別為1.16、1.3、1.5 mg·L-1。