高濃度有機(jī)廢水A2/O-MBR處理工藝養(yǎng)殖污水

對(duì)于COD 高、可生化性差的，單獨(dú)使用生物法或物化法往往難以達(dá)到理想的處理效果，研究幾種處理方法相耦合，并盡可能降低處理成本進(jìn)而在實(shí)踐中得到有效推廣，是當(dāng)前解決此類廢水污染的一個(gè)重要突破方向〔1, 2〕。

膜生物反應(yīng)器（MBR）集膜的高效分離和生物降解于一體，是將污水生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)相結(jié)合的新型污水處理工藝〔3, 4〕。其用膜組件代替了傳統(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池，可進(jìn)行高效固液分離，達(dá)到水凈化的目的，克服了傳統(tǒng)工藝中出水水質(zhì)欠穩(wěn)定、污泥易膨脹等不足。筆者研究用A2/O-MBR組合工藝處理高濃度有機(jī)廢水，該組合工藝兼有A2/O和MBR 工藝各自的特長(zhǎng)，具有出水水質(zhì)好、占地面積小、剩余污泥近*等優(yōu)點(diǎn)。研究考察了其影響因素及處理效果。

1 試驗(yàn)部分

1.1 工藝流程

設(shè)計(jì)工藝流程如圖 1 所示。

圖 1 A2/O-MBR 組合工藝流程

整個(gè)系統(tǒng)由厭氧池、缺氧池、好氧池、膜組件和自控系統(tǒng)等組成。污水由調(diào)節(jié)池泵入?yún)捬鯁卧腿毖鯁卧?，之后進(jìn)入好氧單元，膜組件在蠕動(dòng)泵抽吸作用下間歇出水，膜單元的曝氣裝置置于膜片下方。厭氧池和缺氧池設(shè)有攪拌機(jī)，好氧池底部裝有微孔曝氣器。MBR 池內(nèi)安裝穿孔曝氣管，采用鼓風(fēng)機(jī)曝氣。MBR 反應(yīng)器為有機(jī)玻璃圓柱體，膜組件為中空纖維超濾膜，材料為改性聚丙烯（PP），膜孔徑0.1~0.2 μm，膜有效面積156 m2。設(shè)置變頻器實(shí)現(xiàn)曝氣量的實(shí)時(shí)調(diào)整。整個(gè)工藝設(shè)兩個(gè)回流系統(tǒng)：一是將MBR 池內(nèi)混合液回流至缺氧池以實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮，二是將缺氧池內(nèi)混合液回流至厭氧池以實(shí)現(xiàn)厭氧釋磷〔5〕。

高濃度有機(jī)廢水A2/O-MBR處理工藝養(yǎng)殖污水

1.2 試驗(yàn)用水和分析方法

試驗(yàn)用水取自深圳寶安區(qū)某化工廠調(diào)節(jié)池的廢水，該化工廠主要生產(chǎn)乙酰基丁二酸二甲酯，廢水中主要有順丁烯二酸單酐、苯甲酰、富馬酸等成分，廢水排放量為60 t/d 左右。根據(jù)工程實(shí)際及廢水水質(zhì)狀況，采用A2/O－MBR 為主體工藝對(duì)該化工廠的廢水進(jìn)行處理。為加快A2/O 池啟動(dòng)速度，縮短微生物的馴化周期，試驗(yàn)污泥取自廠區(qū)污水處理設(shè)施二沉池的剩余污泥，污泥性狀較好，污泥含水率約為75%，試驗(yàn)用原水水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表 1。

裝置運(yùn)行穩(wěn)定后對(duì)進(jìn)、出水的常規(guī)項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)，每隔3 d 測(cè)定1 次，COD、NH3-N、色度等測(cè)試指標(biāo)參照文獻(xiàn)〔6〕進(jìn)行，其中COD 采用重鉻酸鉀法，NH3-N 采用納氏試劑分光光度法，濁度用目視比濁法，色度用稀釋倍數(shù)法，MLSS 用重量法，pH 用精密pH 計(jì)。

1.3 運(yùn)行條件

膜污染是影響系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題，適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行條件可有效地控制膜污染，提高膜的使用性能及壽命。污水由泵提升至缺氧單元內(nèi)停留5.4 h 后，再流至好氧單元內(nèi)停留3.2 h。混合液部分回流至缺氧單元中進(jìn)行反硝化（回流比為4∶1），缺氧池回流至厭氧單元的回流比為2∶1，膜反應(yīng)器內(nèi)底部曝氣，部分水在出水泵的作用下經(jīng)膜滲透后形成系統(tǒng)出水。反沖洗是維持MBR 穩(wěn)定運(yùn)行的重要步驟，間歇式抽停方式可有效減緩膜污染，由PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 系統(tǒng)對(duì)COD 的去除效果

系統(tǒng)對(duì)COD 的去除效果見(jiàn)圖 2。

圖 2 系統(tǒng)對(duì)COD 的去除效果

由圖 2 可知，在不同運(yùn)行時(shí)間條件下，A2/OMBR組合工藝對(duì)COD 的處理效果較為明顯，但進(jìn)出水COD 隨運(yùn)行時(shí)間的變化規(guī)律并不明顯。其中組合工藝中MBR 出水平均COD 為77.2 mg/L，系統(tǒng)對(duì)COD 平均去除率高達(dá)97%以上，且不受進(jìn)水水質(zhì)和工況變化影響，說(shuō)明該組合工藝具有良好的抗沖擊負(fù)荷能力和生物降解穩(wěn)定性。系統(tǒng)厭氧出水平均COD 為1 221 mg/L，厭氧段COD 去除率達(dá)63%。理論上厭氧段COD 去除率沒(méi)有這么高，只因MBR 池的出水回流對(duì)厭氧池的稀釋作用，導(dǎo)致厭氧出水COD 變低。

在A2/O-MBR 對(duì)COD 的去除過(guò)程中，微生物對(duì)有機(jī)物的降解起主導(dǎo)作用，但膜的高效截留貢獻(xiàn)不可忽視，膜組件能有效截留生物反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)大分子物質(zhì)，使該類物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，與微生物的接觸機(jī)會(huì)大大增加，因而強(qiáng)化了系統(tǒng)對(duì)COD 的去除效果。

2.2 系統(tǒng)對(duì)NH3-N 的去除效果

在A2/O-MBR 工藝長(zhǎng)達(dá)1 個(gè)月的運(yùn)行中，采用間歇曝氣的運(yùn)行方式，獲得很好的硝化和反硝化效果，達(dá)到高效去除NH3-N 的目的。系統(tǒng)對(duì)NH3-N 的去除效果見(jiàn)圖 3。

圖 3 系統(tǒng)對(duì)NH3-N 的去除效果

組合工藝對(duì)NH3-N 的去除途徑包括生物同化和硝化作用，以硝化作用為主〔7〕。由圖 3 可以看出，MBR 出水中NH3-N 平均質(zhì)量濃度為6.7 mg/L，系統(tǒng)對(duì)NH3-N 平均去除率高達(dá)96.8%以上。NH3-N 的去除幾乎*靠生物反應(yīng)器中的微生物作用完成的，這表明該系統(tǒng)硝化反應(yīng)進(jìn)行得比較*。這是因?yàn)槟?duì)NH3-N 的截留作用很小，而膜反應(yīng)器內(nèi)可保持較高的MLSS 和較長(zhǎng)的污泥停留時(shí)間（SRT），有利于硝化菌的生長(zhǎng)繁殖，從而保證了系統(tǒng)良好的硝化效果和較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。由于MBR 池設(shè)置了缺氧區(qū)和泥水回流裝置，并且存在好氧回流，NH3-N 在好氧區(qū)通過(guò)硝化作用轉(zhuǎn)換為NO2--N 和NO3--N，然后隨泥水混合液回流到缺氧區(qū)而發(fā)生反硝化，使反硝化菌有足夠的硝酸鹽作為電子受體，將其還原成N2，TN 得到了較好的去除〔8〕。當(dāng)進(jìn)水TN質(zhì)量濃度在180~280 mg/L 之間時(shí)，MBR 出水中TN質(zhì)量濃度在12~25 mg/L 之間，TN 平均去除率在92.6%左右。

2.3 系統(tǒng)對(duì)色度、濁度和SS 的去除效果

試驗(yàn)表明，系統(tǒng)對(duì)色度的去除效果一般，MBR進(jìn)水色度在310~470 倍左右，經(jīng)過(guò)MBR 處理后，色度降到43 倍，平均去除率為88.1%； 但處理水仍呈淡黃色，可能是產(chǎn)生色度的物質(zhì)累積造成的，在工程實(shí)踐中可考慮增加活性炭吸附裝置。組合工藝對(duì)濁度的去除也始終維持在較高的水平，出水濁度為0.06 NTU，平均去除率達(dá)94%，優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥工藝單純靠重力沉淀的處理效果。反應(yīng)器出水SS 達(dá)到20 ~32 mg/L，平均去除率達(dá)95.3%，這主要是膜及其表面凝膠層篩分截留作用的結(jié)果。

2.4 污泥負(fù)荷對(duì)COD 去除率的影響

污泥負(fù)荷是指單位質(zhì)量的活性污泥在單位時(shí)間內(nèi)所承受的有機(jī)物的數(shù)量，或生化池單位有效體積在單位時(shí)間內(nèi)去除的有機(jī)物的數(shù)量。污泥負(fù)荷在微生物代謝方面的含義就是F/M（F 指的是有機(jī)物量，M 指的是微生物量）比值，是影響污泥增殖的重要因素。在污泥增長(zhǎng)的不同階段，污泥負(fù)荷不盡相同，凈化效果也相差較大。污泥負(fù)荷對(duì)COD 去除率的影響見(jiàn)圖 4。

圖 4 污泥負(fù)荷對(duì)COD 去除率的影響

經(jīng)過(guò)反應(yīng)裝置中厭氧、缺氧和好氧等單元處理后，進(jìn)入MBR 的污水中的COD 已有了很大程度的降解，提高了污水的BOD5/COD，其可生化性得到了增強(qiáng)。由圖 4 可以看出，出水COD 隨污泥負(fù)荷的變化而變化，當(dāng)污泥負(fù)荷為0.40~0.55 kg/（kg·d） 時(shí)，COD 去除率呈現(xiàn)隨污泥負(fù)荷升高而上升的趨勢(shì)，去除率保持在93.5%左右。當(dāng)污泥負(fù)荷在0.55~0.80kg/（kg·d）之間時(shí)，COD 去除率又呈下降趨勢(shì)?？傮w上，當(dāng)污泥負(fù)荷為0.40~0.80 kg/（kg·d）時(shí)，COD 去除率達(dá)到89%以上。這說(shuō)明當(dāng)污泥負(fù)荷在0.40~0.55kg/（kg·d）時(shí)，污水中的有機(jī)物既能滿足污泥中微生物生長(zhǎng)繁殖的需要，又在其處理能力之內(nèi)。由于膜的高效截留作用，使反應(yīng)器可維持長(zhǎng)泥齡和較高的MLSS，從而降低了污泥負(fù)荷（F/M），使其對(duì)COD 具有很高的去除能力〔9〕。

2.5 抽吸時(shí)間對(duì)膜過(guò)濾阻力的影響

停抽時(shí)間均取4 min，選取3 個(gè)抽吸時(shí)間（8、12、16 min）進(jìn)行試驗(yàn)，在相同的操作條件（曝氣量相同，混合液MLSS 保持在12 g/L 左右）下，考察了抽吸時(shí)間對(duì)膜過(guò)濾阻力的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)： 抽吸時(shí)間為8 min 和12 min 時(shí)的膜過(guò)濾阻力增加速率幾乎相同，而抽吸時(shí)間16 min 時(shí)的膜過(guò)濾阻力上升較快，說(shuō)明抽吸時(shí)間超過(guò)一定范圍后，會(huì)加速膜污染。而抽吸時(shí)間為12 min 時(shí)能較好地維持膜通量，保持膜過(guò)濾性能的穩(wěn)定。

2.6 膜通量對(duì)膜過(guò)濾阻力的影響

在A2/O-MBR 工藝運(yùn)行中，隨著膜過(guò)濾進(jìn)行，懸浮污泥及混合液中的一部分物質(zhì)會(huì)吸附在膜表面或內(nèi)壁，易造成膜污染〔10〕。目前膜污染一般用膜過(guò)濾過(guò)程中的污染阻力來(lái)表征。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間愈長(zhǎng)，污泥混合液的過(guò)濾阻力也愈大。試驗(yàn)考察了在抽停時(shí)間分別為12、4 min，曝氣量在一定范圍時(shí)，兩組膜通量情況下的膜過(guò)濾阻力。結(jié)果表明：當(dāng)運(yùn)行時(shí)間增加時(shí)，膜過(guò)濾阻力也隨之增長(zhǎng)，并且呈現(xiàn)正線性關(guān)系。膜通量不同，其線性關(guān)系的斜率也會(huì)有所差異。膜通量為13.6 L/（m2·h）時(shí)的膜過(guò)濾阻力上升速率要遠(yuǎn)小于膜通量為22.1 L/（m2·h） 時(shí)的情況，即膜通量增大，膜過(guò)濾阻力明顯增大，且增加幅度要遠(yuǎn)大于改變抽吸時(shí)間增加的幅度。這主要是因?yàn)槟ね浚仁┘釉谀ど系臐B透壓差）增大，將加快混合液中的活性污泥向膜表面沉積的速度，使污泥層過(guò)濾阻力增大，膜污染速率呈增加趨勢(shì)，清洗周期逐漸變短。

3 結(jié)論

（1）A2/O-MBR 組合工藝對(duì)高濃度有機(jī)廢水具有良好的處理效果。系統(tǒng)對(duì)COD、NH3-N、SS 的去除率分別達(dá)到97%、96.8%、95.3%，在MBR 中設(shè)置缺氧區(qū)和泥水回流裝置可提高M(jìn)BR 對(duì)污染物的去除效果。對(duì)污染物的去除，生物反應(yīng)器起主要作用，膜截留只起到輔助作用。該組合工藝運(yùn)行穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。

（2）污泥負(fù)荷為0.40~0.55 kg/（kg·d）時(shí)，COD 去除率呈現(xiàn)隨污泥負(fù)荷升高而上升的趨勢(shì)，去除率保持在93.5%左右。當(dāng)污泥負(fù)荷為0.40~0.80 kg/（kg·d）之間時(shí)，COD 去除率達(dá)到89%以上。

（3）當(dāng)抽停時(shí)間分別為12、4 min 時(shí)，系統(tǒng)能保持膜過(guò)濾性能的穩(wěn)定。隨運(yùn)行時(shí)間的增加，膜過(guò)濾阻力呈線性增長(zhǎng)。膜通量不同，其線性關(guān)系的斜率會(huì)有所差異。在一定條件下，膜過(guò)濾阻力隨膜通量增加而明顯增大，膜通量為13.6 L/（m2·h）時(shí)的膜過(guò)濾阻力上升速率要遠(yuǎn)小于膜通量為22.1 L/（m2·h） 時(shí)的情況。