A/O-MBR工藝處理安寧職教園區(qū)生活污水試驗

徐建宇 陶亞莉* 王 鵬 刀玉淋 黃 凌

(1.昆明鋼鐵控股有限公司 云南 昆明：650302；2.昆明冶金高等專科學校 云南 安寧：650302)

校園生活中所產(chǎn)生的污水是校園水體的主要污染源之一，其主要來源是糞便和洗滌污水。在大學寢室中每人每日排出的生活污水量約為100-200L，其量與生活水平有密切關系。大學校園生活污水中含有大量有機物，如纖維素、淀粉、糖類和脂肪蛋白質等;也常含有病原菌、病毒和寄生蟲卵;無機鹽類的氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸氫鹽和鈉、鉀、鈣、鎂等。總的特點是含氮、含硫和含磷高,在厭氧細菌作用下，易生惡臭物質[1-2]。與常規(guī)的SBR工藝相比，A/O+MBR工藝具有更優(yōu)的脫氮除磷效果，自動化程度高，并且由于只有一個污泥回流，一般不設置消化，大大減小運行能耗，處理單元布置緊湊，在用地緊張，排放標準日益嚴格的生活區(qū)尤其具有適用性[3]。為了滿足安寧市職教園區(qū)生活污水處理的要求，提高污水處理系統(tǒng)的自動化運行能力，解決間歇性排水、排水時間短及排水時攪動沉淀污泥層等問題[3]，擬將原安寧市第二污水處理廠SBR工藝改造為A/O+MBR工藝，本試驗研究結果可為A/O+MBR工藝在處理生活污水中的規(guī)模化推廣應用提供參考依據(jù)。

1 廢水水質與處理工藝

1.1 廢水來源及水質水量

試驗水源主要取自云南省安寧市第二污水處理廠進水，水質、水量較穩(wěn)定；安寧市第二污水處理廠建于2013年，其設計規(guī)模為60000m3/d，污水廠采用SBR工藝，現(xiàn)出水水質穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級A標準排放，污水廠主要服務范圍為安寧市職教園區(qū)，服務規(guī)劃面積為30.72平方公里，園區(qū)內(nèi)職業(yè)院校達8所，師生人數(shù)達11萬人。水質指標：COD為350—400mg/L；BOD5為150—200mg/L；NH3—N質量濃度為15—30mg/L；TP為1—3mg/L；SS質量濃度為100—200mg/L；pH為6.5—9。出水經(jīng)紫外線消毒后達到國家標準中的一級A標準，可回用于廠區(qū)綠化、沖洗地面等雜用水。

1.2 處理工藝模擬試驗裝置

改造提升后的水處理工藝為生活污水經(jīng)自動機械格柵機后進入調節(jié)池，再經(jīng)提升泵，通過缺氧池前端，再進入好氧MBR池。為了有效模擬工藝運行的實際情況，將試驗裝置分缺氧、好氧和膜分離三個處理單元，原水經(jīng)過格柵濾渣后，進入缺氧槽，經(jīng)過一定的水力停留時間進入好氧槽，置于好氧槽中的平板膜，由提供的外在壓力將好氧槽中的泥水分離，水進入膜板的內(nèi)部，通過泵輸送至過濾槽。裝置設一個回流系統(tǒng)，好氧池內(nèi)混合液經(jīng)過溢流槽回流至缺氧池以實現(xiàn)反硝化。在好氧池中加入陶瓷平板膜組件，膜孔徑標稱孔徑0.1μm，總有效膜面積為50m2，膜對0.1μm的粒子的捕集率可達95%。在膜組件下面設穿孔曝氣管，通過曝氣為活性污泥供氧并實現(xiàn)對膜面污染物的擦洗。試驗裝置工藝流程見圖1所示。

圖1 工藝流程圖

1.3 分析項目及方法

COD：重鉻酸鉀法；BOD5：稀釋接種法；TN：堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法；TP：鉬酸銨分光光度法；SS：重量法；濁度：濁度儀法，光電濁度測定儀[4]。

2 結果與討論

2.1 對COD和BOD5的去除效果

由圖2可見，原水中的COD值波動較大，但隨著試驗的進行，出水的COD 值相對穩(wěn)定，其平均值為41.9mg/L，并沒有隨著進水中COD的波動而出現(xiàn)大的變化，說明系統(tǒng)具有很強的抗沖擊負荷能力。系統(tǒng)中MBR膜對反應器中的活性污泥的截留作用使混合液中的微生物不僅沒有流失，反而不斷增殖，從而保持了較高的活性污泥濃度，進而保證了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。由圖2、圖3可見，COD和BOD的去除率較高，其平均值分別為84.3%和95.6%；從進水看BOD/COD>0.3，污水可生化性好，系統(tǒng)反應器混合液中的活性污泥微生物對污水中有機物的去除起了主要作用，并且經(jīng)過MBR膜組件能有效攔截大分子物質，從而提高了出水的水質。

圖2 工藝對COD的去除效果

圖3 工藝對BOD的去除效果

2.2 對TN的去除效果

生活污水中的TN主要是靠微生物的降解。膜生物反應器對硝化菌和亞硝酸菌的截留大大提高了系統(tǒng)的硝化能力?；旌弦航?jīng)好氧池的亞硝化細菌和硝化細菌的作用后，回流至缺氧池中進行反硝化。由圖4可以看出，硝化和反硝化效果較好，膜出水平均TN為12.4mg/L，平均去除率達到80%。

圖4 工藝對TN的去除效果

2.3 對TP的去除效果

總磷的去除效果如圖5所示。系統(tǒng)對磷的平均去除率在70%左右。相對來說去除效果不是很高。其原因與好氧回流污泥的溶解氧有關，若回流液攜帶過多的溶解氧進入缺氧池，必將影響磷的去除效果，因此控制最佳的回流比是很重要的[5]。保證回流污泥比的情況下，有效提高好氧段的曝氣量能有效提升總磷的去除效果。

圖5 工藝對TP的去除效果

2.4 對SS和濁度的去除效果

膜生物反應器池內(nèi)具有高濃度的懸浮物，系統(tǒng)反應器池內(nèi)混合液經(jīng)MBR膜過濾后，活性污泥及其他懸浮物質被截留在池體內(nèi)，一方面阻止了活性污泥的流失，使膜生物反應器池體內(nèi)保持較高的MLSS值，一方面保證了出水的SS。由圖6可見，MBR系統(tǒng)對SS的去除效果非常明顯，這主要是MBR膜在起作用。經(jīng)MBR膜過濾后，出水的SS很低，系統(tǒng)對SS的去除率可高達100%。具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，進而大大提高了出水水質。

圖6 工藝對SS的去除效果

濁度的去除效果如圖7所示。由圖7可知，原水中含有大量的固體懸浮物，濁度較大，經(jīng)過缺氧-好氧MBR系統(tǒng)中微生物的作用，有效的去除了水中的懸浮物質，對膠體物質的高效截留作用[6]，更保證了出水濁度始終在0～1 NTU左右，平均去除率可達99%以上。

圖7 工藝對濁度的去除效果

結果表明，原水中一部分形成濁度的有機物被反應器中活性污泥降解，合成自身所需的有機細胞物質，再加上膜本身及膜表面污泥沉積層的截留作用，使得膜生物反應器對濁度有良好的去除效果。

3 提升厭氧段與好氧段總磷去除的研究

3.1 厭氧段

通過采取一次、二次和四次進水三種進水方式可有效延長實際生活污水注入時間，提高有機物的利用率(如圖8、圖9所示)。在一次進水情況下的釋磷速率維持在0.141mg/L·min左右，隨著時間的增加，系統(tǒng)中釋磷菌釋磷速率有所減慢。兩次投加進水方式的釋磷速率保持在0.146mg/L·min左右，四次投加進水方式的釋磷速率為0.140mg/L·min左右，由此可見兩次投加進水方式的釋磷量和釋磷速率高于其他兩種進水方式。隨著進水方式的改變，釋磷特征得到進一步優(yōu)化，有效提高了原水中有機質的利用率。

圖8 不同進水方式總磷的變化

圖9 不同進水方式總磷的釋放量

3.2 MBR段

好氧MBR段中，使系統(tǒng)曝氣量由36L/h上升到96L/h時，總磷的去除率隨著曝氣量的增加而增加，去除率分別為78.4%，83.8%，87.3%和89.1%(如圖10所示)。由此可見，提高MBR反應器曝氣量可以提高氧轉移效率，使得反應器內(nèi)的溶解氧濃度升高。隨著溶解氧濃度上升的幅度越大，好氧吸磷速率越大，可相應縮短曝氣時間。為了避免大曝氣量使污泥絮體松散，影響污泥沉降，綜合考慮6h內(nèi)，反應器最佳曝氣量為96L/h，應保持反應器內(nèi)溶解氧濃度大于4.5mg/L。

圖10 曝氣量對總磷的去除效果

4 結論

通過A/O-MBR工藝處理職教園區(qū)生活污水研究結果表明，系統(tǒng)幾乎可以完全去除濁度，由于膜的高效截留作用，系統(tǒng)平均去除高達99%以上；系統(tǒng)對COD的去除率穩(wěn)定，系統(tǒng)對COD具有很好的耐沖擊能力，去除率可達88.3%。系統(tǒng)的總氮去除率較高，去除率可達84%。另外為了提高厭氧段與好氧段的運行工況，采用兩次進水出水可有效提高厭氧段釋磷菌的活性，有效提高厭氧段磷處理的效率，在好氧段將曝氣量增加到160L/h時，可使得MBR磷的去除率可達到89.1%并保證污水處理中硝化作用反應充分，因此在系統(tǒng)運行中有效把握系統(tǒng)運行工況，能提升系統(tǒng)對生活污水的處理效率。