A2O-MBR工藝對多來源難降解有機廢水的深度處理

＊廖蔚峰 宋傳京 宋少華

（1.深圳市捷晶能源科技有限公司 廣東 518000 2.深圳市星河環(huán)境股份有限公司 廣東 518000 3.深圳環(huán)?？萍技瘓F有限公司 廣東 518000）

一般生化處理系統(tǒng)都要求廢水條件穩(wěn)定，否則會對微生物系統(tǒng)的穩(wěn)定形成很大的沖擊。作為服務(wù)一千余家客戶的危廢大規(guī)模集中處置企業(yè)，收運處置的高濃度有機廢水成分復(fù)雜且每天不一，物化預(yù)處理后依然COD偏高（2500～3000）、鹽度偏高（3%～6%）、硫酸根偏高（3000～6000mg/L），所以給MBR系統(tǒng)穩(wěn)定運行提出了很高的管理要求。本工程采用“厭氧+缺氧+MBR”的方案處理該類廢水，經(jīng)過兩年多的運行實踐表明：工程處理效果穩(wěn)定，規(guī)定指標(biāo)都能達(dá)到廣東省《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）中的第二時段三級標(biāo)準(zhǔn)與市政污水處理廠進(jìn)廠設(shè)計水質(zhì)中的較嚴(yán)值要求。本文對該復(fù)雜工況下穩(wěn)定運行的MBR生化系統(tǒng)生物相及其對COD、氨氮等污染因子降解作用進(jìn)行了初步分析研究，為建立穩(wěn)定的微生物系統(tǒng)、進(jìn)一步改善對處理效果提供了依據(jù)。

1.廢水水質(zhì)情況分析

本工程項目日處理廢水量為600m3，出水執(zhí)行《廣東省水污染物排放限值》（DB44/26-2001）中的第二時段三級標(biāo)準(zhǔn)與市政污水處理廠進(jìn)廠設(shè)計水質(zhì)要求的較嚴(yán)值。整個工程連續(xù)運行，出水穩(wěn)定。進(jìn)出水水質(zhì)及排放要求如表1。

表1 廢水水質(zhì)及排放要求

2.工藝流程

有機廢水從各產(chǎn)污企業(yè)收運回公司后，分類進(jìn)入廢水貯槽，經(jīng)過不同預(yù)處理工藝后，廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，進(jìn)行均質(zhì)化處理，使進(jìn)水COD降低到3500mg/L以下，經(jīng)提升泵依次進(jìn)入?yún)捬醭?、缺氧池、好?MBR池，最終廢水經(jīng)過膜過濾后，達(dá)標(biāo)排放。工藝產(chǎn)生的生化污泥進(jìn)入污泥濃縮池，經(jīng)壓濾脫水后固化填埋。具體工藝流程見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程

3.生化系統(tǒng)運行情況分析

(1)對COD的去除分析

該系統(tǒng)穩(wěn)定運行超過2年，分析近1年的運行結(jié)果，平均進(jìn)水量500m3，平均進(jìn)水COD為2613.5mg/L，檢測厭氧池平均出水為1360mg/L，平均去除率47%，好氧池-MBR出水平均為568.11mg/L，降解率為58%。整個工藝平均去除率為78%。具體去除效果見圖2。

圖2 生化系統(tǒng)對COD的去除效果

由圖2可見，在進(jìn)水COD濃度有波動的情況下，厭氧池出水COD相應(yīng)存在波動，但經(jīng)過缺氧-MBR回流處理后，廢水出水COD濃度仍能保持在200～300mg/L的區(qū)間內(nèi)。

(2)對氨氮的去除分析

系統(tǒng)運行過程中，厭氧工序采用自流方式進(jìn)行，缺氧-MBR工序采用提升泵以25m3/h的流量進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，對氨氮的去除效果見圖3。由圖3可見，進(jìn)水氨氮濃度低于200mg/L時，厭氧出水氨氮濃度比進(jìn)水高10mg/L以上，占比16.7%。主要是由于系統(tǒng)中的厭氧氨化菌將有機氮分解轉(zhuǎn)化成氨態(tài)氮，提高了廢水中氨氮含量。之后在好氧、缺氧階段發(fā)生硝化-反硝化作用，將厭氧出水的氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣放出，系統(tǒng)最終出水氨氮基本維持在35mg/L以下，除氨效果明顯。

圖3 生化系統(tǒng)對氨氮的去除效果

(3)對總磷的去除分析

厭氧-缺氧-MBR系統(tǒng)內(nèi)的聚磷菌在厭氧狀態(tài)下將細(xì)胞內(nèi)多聚磷酸鹽水解為正磷酸鹽，同時在缺氧/好氧階段，聚磷菌氧化代謝細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)，過量的吸收水中的正磷酸鹽，通過排出系統(tǒng)內(nèi)剩余污泥的方式，達(dá)到除磷的目的。圖4、圖5分別顯示了系統(tǒng)內(nèi)五級厭氧池出水中磷的含量和缺氧/好氧池內(nèi)污泥中總磷含量的對比。由圖4可知，在連續(xù)15天的運行監(jiān)測過程中，生化系統(tǒng)內(nèi)厭氧階段，各厭氧池之間的磷含量無法持續(xù)維持增長趨勢，聚磷菌同化釋磷作用波動較大，主要原因是厭氧池/好氧池內(nèi)循環(huán)不夠，聚磷菌在整個厭氧系統(tǒng)內(nèi)釋磷量不足，從而無法在好氧狀態(tài)下大量吸附正磷酸 鹽[1-2]?？疾旌醚醭貎?nèi)平均污泥濃度為8000mg/L，以及圖5好氧池內(nèi)污泥含量范圍可知，好氧池內(nèi)污泥中含磷量在 3.75%～6.25%之間，且兩池對應(yīng)時間內(nèi)的含磷量相差不大，平均浮動在10%左右，說明該系統(tǒng)內(nèi)污泥同一時間內(nèi)污泥過量吸磷已到飽和狀態(tài)，在該狀態(tài)下，進(jìn)行相應(yīng)排泥，可以達(dá)到除磷目的，保證廢水出水磷的達(dá)標(biāo)排放。同時運行結(jié)果顯示，生化系統(tǒng)最終出水磷含量在5～10mg/L之間，因此在工藝控制上，提高污泥回流比，增大排泥頻率，是提高廢水中總磷的關(guān)鍵。另外，多級厭氧串聯(lián)所產(chǎn)生的限制，客觀上也影響了污泥回流及排泥效果。

圖4 厭氧反應(yīng)池出水中總磷含量

圖5 好氧反應(yīng)池出水污泥中總磷含量

(4)對銅離子的去除分析

生化系統(tǒng)對廢水中重金屬離子去除主要是通過廢水中微生物的吸附，形成底泥，通過排泥實現(xiàn)。本系統(tǒng)對廢水中的銅離子去除情況如圖6。由圖6可知，廢水原水中銅離子含量在1～2.5mg/L之間，經(jīng)過生化系統(tǒng)處理后，出水能夠維持在1mg/L以下，能達(dá)到該水平。平均去除率達(dá)到65%以上。其它重金屬離子同樣能達(dá)到該水平。

圖6 生化系統(tǒng)對銅離子的去除效果

4.活性污泥性狀分析

(1)污泥生物相觀察

經(jīng)兩次取樣，發(fā)現(xiàn)好氧池污泥顏色較淺，結(jié)構(gòu)較緊密，菌膠團主要由長、短桿菌及球菌等構(gòu)成，游離細(xì)菌較多，微型后生動物數(shù)量較少，個體較小，主要為大口鐘蟲，污泥處于新生期；而厭氧池污泥顏色較深，結(jié)構(gòu)較開放，菌膠團主要由微型后生動物聚集組成的絮狀結(jié)構(gòu)，微型后生動物數(shù)量和種類均較多，有輪蟲、鐘蟲、大口鐘蟲等，個體較大，且污水鹽度較高，影響了好氧活性污泥中由原生動物到固著型纖毛蟲的進(jìn)化，使得污水降解效率下降，也抑制了絲狀菌等的發(fā)育[3]。

(2)污泥中優(yōu)勢菌群的鏡檢

對兩個池污泥中優(yōu)勢菌鏡檢觀察兩次，結(jié)果有明顯差別。第一次取樣的好氧池污泥中優(yōu)勢菌主要為革蘭氏陽性長、短桿菌，其中芽孢桿菌較多，并有少量的球形真菌，革蘭氏陰性桿菌較少；厭氧池污泥中優(yōu)勢菌包括革蘭氏陽性短桿菌、革蘭氏陰性桿菌，也有芽孢桿菌和細(xì)長短桿菌，但數(shù)量和種類較少，未觀察到球形真菌；第二次取樣，好氧池污泥中優(yōu)勢菌為短而粗的桿菌和少量球菌，也有一些長桿菌和芽孢桿菌，但種類與數(shù)量均較第一次減少；厭氧池污泥中優(yōu)勢菌則多為革蘭氏陽性球菌和革蘭氏陰性桿菌，無芽孢菌和真菌。不同時間取樣優(yōu)勢菌種類差別原因主要由該系統(tǒng)所處理廢水來源廣、成份復(fù)雜所致，同時鹽度和DO變化對系統(tǒng)中優(yōu)勢菌群的種類也產(chǎn)生了較大影響[4]。

(3)污泥中功能菌的篩選

對分離菌株中去除COD和NH4+-N效率較高的19個菌株（COD去除率≥75%或NH4+-N去除率≥50%為準(zhǔn)）進(jìn)行考察，結(jié)果如圖7(a)和圖7(b)所示。（H合：好氧池分離的所有菌株；Y合：厭氧池分離的所有菌株。）

圖7

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，考察的19個菌株及H合和Y合中，在處理1d和5d后，菌株Y8、N2、N5、N6、N11、N12、N15、N17、N18對COD的去除率較高且去除效率穩(wěn)定，在初始COD為6790～ 7073mg/L的合成廢水中，COD去除率＞70%，其中以N18去除率最高，達(dá)80%以上；菌株N11、N12、N21對NH4+-N的去除率較高且去除效率穩(wěn)定，在初始NH4+-N為327.09～364.55mg/L的合成廢水中，NH4+-N去除率在70%左右。

5.結(jié)論

該MBR生化系統(tǒng)在持續(xù)的運行中培養(yǎng)建立的微生物體系已經(jīng)具有了一種特別的適應(yīng)性，能夠耐受各種復(fù)雜多變的廢水條件沖擊，在高鹽度、高COD濃度條件下對降解有機物和氨氮，實現(xiàn)總體達(dá)標(biāo)排放發(fā)揮了重要的作用[5-6]。但作為利舊改造項目，在如何克服系列不利影響、保障工藝穩(wěn)定性、進(jìn)一步挖掘工藝潛力方面還值得深入探討。