关于MBR系统对污水的处理效果探析

　　摘要：本课题主要研究了将自制复合膜制成帘式膜组件，应用于倒置A2/O-MBR系统中，常温下处理模拟生活污水，考察了MBR系统对COD、氨氮、总氮、总磷的去除效果，膜对浊度、TOC的截留作用。结果表明：膜生物反应器在常温下对模拟生活污水中COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别达到了90%、98%、75%和50%以上，出水水质稳定。在整个试验过程中，复合膜以11±0.5L・m2/h的通量连续运行，对膜进行反复使用及化学清洗，膜丝未出现断裂现象，表明复合膜具有很好的抗拉、抗压强度性能。

　　关键词：倒置A2/O-MBR;PVA;回流比;生活污水

　　A2/O作为传统的生物脱氮除磷工艺被污水厂广泛运用，但在工程实际运用中存在很多问题，如脱氮与除磷之间存在着碳源竞争[1]，而城市生活污水的碳源浓度相对较低，很难同时达到高效的脱氮除磷效果;针对传统A2/O工艺的碳源竞争问题，研究者将传统工艺中的缺氧区提前，形成了倒置A2/O工艺，让厌氧区和好氧区相连，使厌氧释磷后保持较高的吸磷动力，同时提高了脱氮除磷的效果[2-6]。

　　膜生物反应器(MBR)是20世纪末发展起来的一种由膜分离单元与生物处理单元相结台的新型水处理技术，以膜组件取代二沉池有效实现了固液分离[7]，增加了曝气池中活性污泥的浓度、提高了生物降解的速率，同时也降低了比负荷，并减少剩余污泥的产生量。膜生物反应器工艺由于膜分离的截留作用基本上解决了传统活性污泥法存在的问题。

　　本研究将倒置A2/O和MBR组合起来形成组合工艺，处理模拟生活污水和实际生活污水，拟解决传统工艺的缺点，最大限度地提高脱氮除磷效果。通过FTIR技术分析膜表面污染物的主要成份，并通过原子力显微镜测试膜与膜池内主要污染物之间微观作用力的大小，经两方面探究组合工艺膜污染机制，为实际污水处理中工艺升级改造及减缓膜污染提供有效依据。

　　一、实验部分

　　1.1实验装置与运行参数

　　图1 实验装置示意图

　　Fig.1 Schematic diagram of experimental apparatus

　　实验所用倒置A2/O-MBR装置如图1所示。原水经蠕动泵进入到缺氧池，再经挡板过流到厌氧池，再经穿孔挡板溢流进入好氧池，好氧池膜区设置污泥回流管，回流污泥到缺氧池。膜组件放置在好氧池泥水混合液中，经蠕动泵抽吸出水，抽停时间由时间继电器控制。

　　实验所用膜丝为自制高强度PVA亲水化改性复合膜，铸膜液体系由DMAC/PVDF/LiCl/PVA按一定比例配置而成[8，9]。将此复合膜制成帘式组件应用于倒置A2/O-MBR体系中，考察MBR体系中膜对颗粒物的去除及膜性能的变化。复合膜基本参数如表1所示，膜组件及MBR主要运行参数见表2。

　　表1 复合膜的基本参数

　　表2 倒置A2/O-MBR系统主要参数

　　反应器以倒置A2/O-MBR工艺连续运行，进水连续，出水抽停结合，运行方式为运行9min间歇1min，反应器运行温度为室温(20℃-25℃)，HRT为10h，DO为3.5-4.5mg/L，初始好氧池污泥浓度3.14g・L-1。30天排泥一次。

　　1.2污泥与进水水质

　　实验所用污泥取自佛山市某污水处理厂，进水分别为模拟生活污水。模拟生活污水采用葡萄糖为碳源，NH4Cl为主要氮源(蛋白胨为辅助氮源)，KH2PO4为磷源，其中CaCl2和MgSO4为微量元素，原水水质见表3.

　　表3 原水水质

　　反应器接种污泥后闷曝1d，澄清后排去上清液，连续闷曝2d后放入反应器进行连续运行培养。连续培养3d后，反应器进入正式运行。

　　1.3分析方法

　　每天取样一次，放于冰箱贮存待测。其中COD、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总氮、总磷、MLSS等采用《水与废水监测分析方法》[10]中标准方法测定，pH采用pH计测定，DO采用便携式溶解氧仪测定。

　　二、结果与讨论

　　2.1MBR系统对氮、磷的去除

　　2.1.1COD的去除率

　　图2 污水中COD的去除效果

　　Fig.2 COD removal efficiency of wastewater

　　使用模拟生活污水作为原水，运行了73天，对进出水COD进行监测，如上图2所示。由图中可知进水COD在411.2-699.2mg/L之间，平均值为568mg/L。出水COD在3.84-54.42mg/L之间，平均值分别36.62mg/L，COD的去除效率均在90%以上，达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》指标。系统进水COD波动较大，但出水COD稳定在55mg/L以下，且处理效果稳定，说明该系统对COD具有较强抗冲击负荷的能力，对COD有良好的去除效果。反应器中COD的去除主要是靠异养菌的降解和吸收，膜对活性污泥的截留作用，使反应器能够一直维持较高的污泥浓度，降低了单位污泥负荷，MBR的结构及曝气形成强烈混合作用，使厌氧池流入的有机物和活性污泥充分接触，进一步促进了有机物质的降解。与传统活性污泥法相比，膜生物反应器更有利于有机物的去除。

　　2.1.2氮素的去除率

　　生物脱氮是指污水中以有机氮、氨氮形式存在的氮被转化为氮气，从而减少水中氮素的含量。氨氮的去除主要在曝气池中进行，在A2/O 工艺系统设计及运行中，起硝化作用的主要是硝化菌，可分为自养型硝化菌和异养型硝化菌两类，异养型硝化细菌仅占很少一部分，生物脱氮过程中起硝化作用的主要是自养型硝化细菌，它直接影响污水处理系统的硝化作用和生物脱氮效率，是污水生物脱氮的关键性因素[11]，倒置A2/O-MBR系统对氨氮的去除效果如图3所示。

　　图3 污水中氮素的去除效果

　　Fig.3 Nitrogen removal efficiency of wastewater

　　由图3可看出进水的氨氮在36.6-45.7mg/L之间，平均值为41.14mg/L，出水氨氮在0.06mg/L-0.94mg/L之间，平均值分别0.32mg/L，氨氮的去除效率在98%以上，系统在一个运行周期期间一直不排泥，致使污泥龄较长，高泥龄有利于世代时间长的硝化菌的大量繁殖，且反应器中的溶解氧充足，硝化菌不会因与异养菌争夺溶解氧而使硝化能力受限制，有利于硝化菌对氨氮的降解。当氨氮的进水浓度发生变化时，系统对氨氮的去除效果基本没有改变。试验期间出水总氮浓度为2.7～33mg/L，TN的去除率为63%-89%，波动较大。可能是由于反应器中的溶解氧较高，污泥回流到缺氧池，溶解氧偏高造成的。溶解氧较高时可以保证系统中硝化细菌的硝化条件，但使反硝化细菌受到了一定的抑制。因此控制反应器内溶解氧的水平，是膜生物反应器工艺实现生物脱氮的关键要素。

　　2.1.3总磷的去除率

　　由图4中可看出进水的TP在4.3-8.7mg/L之间，出水TP在2.2-3.6mg/L之间，TP的去除效率在50%左右，TP不能有效的生物强化去除，TP 的去除主要靠生物自身增长合成来去除，由于试验初期，由于污泥生长需要吸收一部分磷，总磷的去除率较高，而后期由于系统内没有进行排泥，使得微生物过度吸收的磷不能及时排出系统，而又重新释放在反应器内，造成后期出水含磷量升高。

　　图4 污水中TP的去除效果

　　Fig.4 TP removal efficiency of wastewater

　　除磷是膜生物反应器工艺中的难点，从大多数工艺运行结果来看，出水浓度难以达标。迟军[12]等进行了一体化复合式MBR除磷研究，通过对比试验，研究了不同工艺组合条件下一体化复合式MBR(HCMBR)的除磷效果。研究表明，在无厌氧段的情况下，反应器内保持好氧状态的同时，填料内部存在厌氧环境，TP的去除率为22%;在有厌氧段(A/O)的情况下，TP的去除率可达70%。

　　2.2膜对污染物的截留作用

　　2.2.1膜对TOC的去除效果

　　膜对TOC的去除效果如图5所示。由图5可知，好氧池末端TOC的最低浓度为1.15mg/L，最高浓度为6.88mg/L，膜出水的最低浓度为0.303mg/L，平均浓度为1.33mg/L。复合膜对TOC具有良好的去除效果。进一步减少了出水中污染物的含量，保证水质的达标。A2/O-MBR对有机污染物具有双重的去除作用，A2/O生物处理系统在污染物的去除方面占主导地位，同时膜面富集的微生物形成的生物膜及膜的高效截留作用强化了对污染物的二次去除。

　　图5 膜出水TOC与好氧池末端TOC比较

　　2.2.2膜对浊度的去除效果

　　复合膜对出水水质浊度的去除，系统处理模拟生活污水的运行期间，膜出水浊度最高为0.27NTU，平均浊度为0.08NTU。说明复合膜对污水中颗粒物具有很好的截留效果。 　　

　　三、结论

　　1)膜生物反应器在常温下对模拟生活污水中COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别达到了90%、98%、75%和50%以上，对实际生活污水中COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别达到了78%、95%、54%和20%以上，出水水质稳定。

　　2)在整个试验过程中，复合膜以11±0.5L・m2/h的通量运行3个月，对膜进行反复使用及化学清洗，膜丝未出现断裂现象，复合膜具有很好的抗拉、抗压强度性能。

　　参考文献：

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