MABR與生物接觸氧化池處理微污染原水對(duì)比試驗(yàn)研究

＊葛紹根 朱一凡 蘇銀祥 甄樹聰

（1.建湖縣自來水有限公司 江蘇 224700 2.鹽城工學(xué)院 江蘇 224051）

近年來，南方多水地區(qū)由于水質(zhì)原因造成的缺水現(xiàn)象日益嚴(yán)重[1]。水源水季節(jié)性污染嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為夏季雨季氨氮濃度增加、溶解氧減少、有機(jī)污染物增加、原水水質(zhì)顯著下降[2]。因此，在遇到污染時(shí)，對(duì)微污染原水進(jìn)行預(yù)處理，提高供水質(zhì)量的安全性就顯得尤為重要。尋求有效去除水中氨氮和有機(jī)污染物的新工藝方法是當(dāng)前水凈化工藝面臨的主要問題之一[3-4]。

在傳統(tǒng)的預(yù)處理工藝中，生物預(yù)處理工藝被認(rèn)為是最有效的技術(shù)之一[5]。生物處理是污水處理的常用方法，是利用懸浮或固著的好氧或厭氧微生物群體的新陳代謝活動(dòng)，通過硝化反硝化去除水中的氨氮、降解吸收有機(jī)污染物或部分金屬物質(zhì)，通過預(yù)處理，不但可以改善水的混凝沉淀性能，提升后續(xù)處理環(huán)節(jié)的效果，也能夠減輕深度處理工藝的負(fù)荷，延長(zhǎng)過濾或活性炭吸附等處理環(huán)節(jié)的使用壽命和使用容量，最大限度發(fā)揮凈水處理工藝整體作用，更好保證出水水質(zhì)。近年來，國(guó)內(nèi)多數(shù)水廠已經(jīng)采用該工藝對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理[6-7]。

透氧膜生物反應(yīng)器（Membrane Aeration Bioreactor，簡(jiǎn)稱為MABR）是一種無泡曝氣技術(shù)，將氧氣傳給生長(zhǎng)在膜上的微生物，水中的污染物通過擴(kuò)散作用進(jìn)入以MABR膜為載體生長(zhǎng)的生物膜中，通過微生物的降解作用，最終實(shí)現(xiàn)污染物的去除。該工藝在污水處理領(lǐng)域有許多成功的應(yīng)用[8]。近年來，國(guó)內(nèi)一些單位也對(duì)該工藝進(jìn)行了研究和開發(fā)，并逐步將其應(yīng)用于治理河水污染以及對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理[9-10]。

本研究通過對(duì)MABR處理建湖城南水廠微污染原水中常規(guī)指標(biāo)的效果進(jìn)行研究，探討其作為接觸氧化池新型填料的可行性。

1.城南水廠簡(jiǎn)介及原水水質(zhì)

建湖縣自來水有限公司城南水廠設(shè)計(jì)處理規(guī)模為12.5萬m3/d，工藝為：生物預(yù)處理-機(jī)械混合-網(wǎng)格絮凝-平流沉淀-V型濾池-臭氧消毒-生物活性炭濾池-清水池。接觸氧化池（5m×5m×16組）采用YDT型彈性濾料，底部曝氣，原水停留后從上方流出，進(jìn)入下一工序。由于建湖縣地處里下河下游低洼地區(qū)，內(nèi)河徑流量小，稀釋更新速度慢，整個(gè)夏季水源水均表現(xiàn)為高色度高有機(jī)污染狀態(tài)，原水呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，藻類生長(zhǎng)繁殖旺盛。原水水質(zhì)年際各指標(biāo)情況見表1[7]。

表1 原水水質(zhì)情況（mg/L）

6月起，進(jìn)入豐水期，建湖本地原水遭受明顯污染，各項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)逐漸出現(xiàn)惡化；7月、8月水質(zhì)惡化明顯，各項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)均超出Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

2.試驗(yàn)裝置與方法

(1)試驗(yàn)裝置

膜生物反應(yīng)器為立方柱體，有效工作體積10L。試驗(yàn)裝置如圖1所示，膜組件為中空纖維氧合膜，膜孔徑為1nm，膜面積為3.5m2，曝氣量為10L/(min·m2)組件浸于反應(yīng)池內(nèi)。試驗(yàn)期間運(yùn)行主要控制參數(shù)列于表2。

圖1 MABR實(shí)驗(yàn)裝置圖

表2 MABR操作條件

(2)檢測(cè)項(xiàng)目與方法

檢測(cè)項(xiàng)目有pH、DO、CODMn、NH3-N、濁度、UV254等。其中pH、DO采用便攜式測(cè)定儀測(cè)定，其余各項(xiàng)目均采用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行分析[11]。

(3)MABR掛膜

實(shí)驗(yàn)裝置主要為一組浸入式MABR組件，主要構(gòu)件為一束（200根），長(zhǎng)15cm的中空纖維透氧膜，膜有效面積為3.5m2。原水污染時(shí)期，裝置按一定流速連續(xù)進(jìn)原水，保持原水在裝置中停留時(shí)間約為1h。同時(shí)用一臺(tái)45W隔膜泵連向透氧膜中空部分連續(xù)充氣，保持MABR膜一直通氣使之透氧，膜尾端壓力保持0.01MPa。掛膜期間大流量進(jìn)水，懸浮物會(huì)隨出水流走，每天根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)投加碳源，保持碳氮比在6:1左右，加快掛膜進(jìn)度。水溫保持在20℃±5℃。約15d后掛膜成功，見圖2。膜表面附著一層土黃色生物膜。掛膜成功后，模擬建湖縣自來水有限公司城南水廠接觸氧化池正常運(yùn)行情況。建湖縣城南水廠處理量Q=2500m3/h，曝氣量Gs=4800m3/h，MABR中試裝置設(shè)計(jì)處理量Q=10L/h，通氣量Gs=60L/min，保持穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 掛膜運(yùn)行15d后MABR膜狀態(tài)

3.結(jié)果與分析

(1)MABR與生物接觸氧化池處理效果

2023年8月1日至8月31日，采用連續(xù)進(jìn)出水的方式，監(jiān)測(cè)生物接觸氧化池和MABR進(jìn)水和出水濁度、NH3-N、UV254、CODMn4項(xiàng)指標(biāo)，結(jié)果見圖3。

圖3 生物接觸氧化池和MABR處理效果

由圖3（a）可以看出，生物接觸氧化池對(duì)濁度的去除效果較好，最高達(dá)46.7%，MABR中試裝置對(duì)濁度去除效果一般，最高只有19.1%。圖3（b）中，MABR中試裝置對(duì)UV254具有較高的去除率，介于30.25～53.1%之間，而生物接觸氧化池的去除率介于4.2%～17.9%之間，明顯低于MABR。接觸氧化池NH3-N去除率范圍40.0%～85.3%，均值65.64%；CODMn去除率范圍0.6%～16.8%，均值6.08%。MABR中試裝置NH3-N去除率范圍55.3%～89.1%，均值78.85%；CODMn去除率范圍3.4%～10.9%，均值6.96%。NH3-N去除率均值MABR中試裝置比接觸氧化池高約20%，CODMn去除率均值MABR中試裝置比接觸氧化池高約14%。

(2)溫度對(duì)處理效果的影響

溫度是影響生物處理效果的一個(gè)重要因素，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)室空調(diào)溫度，設(shè)定為20℃、25℃、30℃，使進(jìn)水水溫達(dá)到設(shè)定溫度后，連續(xù)進(jìn)水，每個(gè)設(shè)定溫度連續(xù)監(jiān)測(cè)7d，取平均去除率，結(jié)果見圖4。

圖4 溫度對(duì)生物接觸氧化池和MABR去除率的影響

由圖4可以看出，溫度對(duì)去除率有明顯的影響，25℃時(shí)，生物接觸氧化池和MABR中試裝置對(duì)各污染物的去除率最高，20℃時(shí)最低，30℃時(shí)去除率介于二者之間。三種溫度下，MABR中試裝置的去除率均高于生物接觸氧化池。

4.經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)能耗分析

建湖縣自來水有限公司城南水廠接觸氧化池曝氣風(fēng)機(jī)日均耗電約1800kW·h，日均原水處理量約6×104m3，平均每立方米水耗電約0.03kW·h；中試裝置設(shè)計(jì)處理量Q=10L/h，平均每立方米水耗電約0.005kW·h。經(jīng)過對(duì)比，MABR電耗約為接觸氧化池電耗的16.7%，不僅能夠節(jié)約成本還響應(yīng)了節(jié)能減排的要求。

(2)土地占有量分析

傳統(tǒng)接觸氧化占地以建湖自來水有限公司城南水廠為例，日處理量6×104m3，占地約400m2（5m×5m×16組），MABR膜裝置日處理6×104m3，占地約需200m2。

5.結(jié)論

（1）綜合對(duì)比原水微污染（CODMn＜10mg/L、NH3-N＜3mg/L）時(shí)期接觸氧化池與MABR中試裝置對(duì)CODMn、NH3-N、濁度及UV254的處理效果，可以看出MABR膜處理微污染水中有機(jī)物的能力明顯高于傳統(tǒng)接觸氧化池，CODMn的去除率要高出14%，NH3-N處理率高出20%。

（2）溫度對(duì)處理效果有明顯影響，25℃時(shí)對(duì)污染物去除效果最佳。

（3）MABR風(fēng)機(jī)曝氣電耗約為接觸氧化池的16.7%，整體能耗下降80%以上，在經(jīng)濟(jì)與環(huán)保角度，明顯優(yōu)于接觸氧化池。

（4）同等處理需求下，替換為MABR所需占地面積僅為原來的一半，為水廠擴(kuò)充產(chǎn)能提供了新的思路。