A_2O_MBR组合工艺处理城市污水的试验研究
论述与研究
A 2
O -M BR 组合工艺处理城市污水的试验研究
朱宁伟1, 李 激2, 郑晓英1, 羊鹏程2, 陈 豪2, 武 迪
1
(1.河海大学环境科学与工程学院,江苏南京210098;2.无锡市排水总公司,江苏
无锡214023)
摘 要: 采用A 2
O-M BR 组合工艺处理南方城市污水,依靠膜分离技术强化传统A 2
O 工艺对有机物和氮、磷的去除。试验结果表明,A 2
O-M BR 组合工艺对南方城市污水具有良好的处理效果,MBR 代替A 2
O 工艺的沉淀池可以强化对BOD 5、NH +
4-N 、TN 和TP 的去除,其中对NH +
4-N 、TN 和TP 的去除量分别占系统总去除量的12.14%、9.21%和12.23%。71d 的监测结果显示,该组合工艺的平均出水COD 、B OD 5、NH +
4-N 、TN 和TP 分别为29.15、0.51、0.43、12.31、0.21m g /L,出水水质稳定达到 城镇污水处理厂污染物排放标准 (GB 18918 2002)一级A 标准和 太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值 (DB 32/1072 2007)的要求。 关键词: A 2
O -MBR 组合工艺; 城市污水; 超滤膜
中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1000-4602(2010)15-0001-04
Co mbi ned Process of A 2
O andM BR for Treat m ent ofM unici palW aste water
Z HU N i n g w ei 1, LI Ji 2, Z HENG X iao y i n g 1, YANG Peng cheng 2, CHEN H ao 2, WU D i
1
(1.College of Environm ental Science and Engineeri n g,H ohai University ,Nanjing 210098,
China;2.Wux iD rainage C o m pany ,Wux i 214023,China) A bstract : The co mb i n ed process of A 2
O and MBR w as applied to treat munic i p a l w aste w ater in the south of Ch i n a .The organ i c m atter ,nitrogen and phosphorus re m oval i n traditi o na lA 2
O process w as enhanced depend i n g on the m e m brane separation .The experi m ental result i n d icates that the co m b i n ed
process ofA 2
O andM BR has a good treat m ent effic iency of the m un i c i p alw aste w ater i n the sou t h o fCh i na .MBR i n stead o f sedi m entary tank o fA 2
O process can enhance re m ova l of BOD 5,NH +4-N,TN and TP .The re m ova l rates o fNH +
4-N,TN and TP account for 12.14%,9.21%and 12.23%of their to tal re mova.l The average effl u ent concentrati o ns o f COD ,BOD 5,NH +
4-N,TN and TP are 29.15m g /L,0.51m g /L ,0.43m g /L,12.31m g /L and 0.21m g /L respecti v e l y .The effluen t quality m eets the first leve lA criteria spec ified in D ischarge S tandar d o f P ollutants for M unici p al W aste wa ter Treat m ent P lant (GB 18918-2002)and the requ ire m ent o f D ischarge S tandar d of M ain Water P ollutants for M unici p al Waste w ater Treat m ent P lant and K ey Industries of Ta i h u Area (DB 32/1072-2007).
K ey words : co m bined process o fA 2
O and MBR; mun icipa lw aste wa ter ; u ltrafiltrati o n m e m brane
基金项目:江苏省科技支撑计划项目(BE2008674)
第26卷 第15期2010年8月 中国给水排水C H I NA WAT ER &W ASTE W ATER
V o.l 26N o .15
A ug.2010
与常规活性污泥工艺相比,膜生物反应器(M B R )在去除COD 和硝化方面具有一定的优
势[1]
。但好氧膜生物反应器由于没有缺氧过程,其反硝化效果不佳
[2]
。虽然有学者采用降低曝气量
和间歇运行的方式来提高对TN 的去除率[2、3]
,但出
水TN 浓度仍难以稳定达到 城镇污水处理厂污染
物排放标准 (GB 18918 2002)的要求。常规活性污泥法与M B R 组合是目前研究较多的工艺形式,如GS-MBR 、A /O -M BR 、A 2
O -MBR 、MUCT -M BR 等[4~6],但大多还处于实验室小试研究阶段,工艺的推广应用尚不成熟。笔者针对南方城市污水有机物含量低、水质波动较大的特点,进行中试规模的A 2
O -M BR 组合工艺强化脱氮除磷效能研究,旨在为污水处理厂的升级改造提供技术支持。1 材料和方法1 1 试验水质
原水为无锡市城北污水处理厂的旋流沉砂池出水,其水质见表1。
表1 进水水质T ab .1
Infl uent characteristi c
mg L -1
项 目COD
B OD 5
NH +4-N TN TP 范围63.45~528.6325.32~
218.506.79~
30.5813.05~41.710.82~
5.53均值
231.15
104.69
18.34
25.09
2.81
1 2 试验装置
焊接钢板制试验装置分厌氧、缺氧、好氧和膜分离四个处理单元,在膜分离单元置入PVDF 中空纤维帘式超滤膜组件,膜孔径为0.02 m,膜面积为176m 2
,膜的截留分子质量为150ku 。在膜组件下面设穿孔曝气管,通过曝气为活性污泥供氧并实现对膜面污染物的擦洗。工艺流程见图1。
图1 A 2O-MBR 组合工艺
F i g.1 F lo w chart of A 2O -M BR comb i ned process
沉砂池出水由潜污泵提升后,经过1mm 孔径
的超细格栅进入调节池,然后依次流经厌氧池、缺氧池、好氧池和MBR 池,经膜分离后出水。装置设两个回流系统,即将M BR 池内混合液回流至缺氧池以实现反硝化,将缺氧池内混合液回流至厌氧池以实现厌氧释磷。装置采用可编程逻辑控制器(PLC )进行恒定水位、出水泵和反冲洗泵的启闭调控。1 3 操作条件
装置有效容积为24m 3
,总水力停留时间为12h ,污泥龄为20d 。活性污泥取自氧化沟,经过一周的驯化培养,厌氧池、缺氧池、好氧池、MBR 池的平均污泥浓度分别为4932、5152、5028、6208m g /L 。M BR 回流至缺氧池的回流比(R 1)为200%,缺氧池回流至厌氧池的回流比(R 2)为100%。MBR 由自吸泵间歇抽吸出水,抽停时间比为9m i n /3m i n 。1 4 测定项目及方法
装置运行稳定后对进、出水的常规项目进行检测,测定频率为2d 一次。其中,COD 、BOD 5、氨氮、NO -3-N 、TN 、PO 3-4-P 、TP 、MLSS 、M LVSS 等采用标
准方法测定
[7]
,p H 采用P H S-3D 型pH 计测定,混
合液中的DO 浓度采用在线溶解氧仪测定。2 结果和讨论
2 1 组合工艺对污染物的去除效果
测定显示,尽管试验期间进水COD 和BOD 5浓度波动较大,但组合工艺的出水水质稳定达标,对COD 和BOD 5的平均去除率分别为87.42%和99.52%,这说明该组合工艺具有良好的抗冲击负荷能力。组合工艺的出水B OD 5浓度远小于传统A 2
O 工艺的(为1.1~7.7mg /L ,平均为4.6m g /L)
[8]。
这一方面是由于超滤膜的良好截留作用确保了活性污泥在反应器中的稳定增殖(污泥浓度由传统处理工艺的3000~6000m g /L 提高到6000~10000m g /L),从而实现了对有机物的高效降解;另一方面,超滤膜具有良好的固液分离能力,对SS 的去除率高达100%,可完全去除颗粒态的难降解有机物。
组合工艺进水NH +
4-N 为6.79~30.58m g /L,出水NH +
4-N 稳定在0.05~0.89mg /L ,完全达到排放要求,具有稳定的硝化效果。这主要是由于膜生物反应器在A 2
O 工艺的后端,长期处于高溶解
氧、低有机负荷的运行状态,反应器内的微环境有利于自养硝化菌的生长和积累。另外,超滤膜对微生
物的高效截留作用可确保世代时间比较长的自养硝
第26卷 第15期
中国给水排水
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化菌不会流失,从而提高了整体工艺的硝化效果。组合工艺对TN 的去除率为17.64%~71.47%,出水TN 平均为12.31m g /L(如图2所示),达到了一级A 排放标准。而相关中试规模的A 2
O 工艺和A /O 型MBR 工艺的平均出水TN 浓度分别为15.3、20mg /L
[9、10]
,表明该组合工艺去除TN
的优势明显。
图2 组合工艺对TN 的去除效果F i g .2 R e m ova l effect of TN by comb i ned process
组合工艺对TP 的去除效果见图3,进水TP 在0.82~5.53m g /L 之间波动,尽管变化幅度较大,但
出水TP 稳定在0.10~0.44m g /L 之间,平均为0.21m g /L ,去除率为92.61%,出水总磷浓度能够保证100%
达标。
图3 组合工艺对TP 的去除效果
F i g .3 R emova l effec t of T P by comb i ned pro cess
系统对TP 的去除效果良好,主要是由于进水
总磷含量较低而有机物含量相对较高。Da i g ger 等人[11]
认为,进水BOD 5/TP 值为30~100时可达到较为完全的生物除磷效果。另据严煦世的研究,每转化1m g COD 大约可释放0.4m g 磷,而A 2
O 工艺达到较好除磷效果的B OD 5/ P 典型值为20~25
[12]
。试验期间平均进水碳磷比为37,BOD 5/ P
为40,均大于文献参考值。对于生物除磷工艺,厌氧段消耗的COD 是被聚磷菌吸收并以P H B 的形式贮存在体内,用于后续的好氧过量吸磷。李捷等
[13]
发现,厌氧段的释磷量与进水COD /TP 值有很好的相关性,高浓度的有机物有利于厌氧释磷。对反应
器各生化处理段的可溶性有机物(SCOD )进行监测,结果见图4,可知厌氧段消耗了进水中几乎全部的SCOD,说明聚磷菌在厌氧段完成碳源的储备,从而保证系统良好的去除TP
效果。
图4 组合工艺SCOD 浓度的沿程变化
F i g .4 V ar i a ti on o f SCOD i n comb i ned pro cess
2 2 MBR 池的强化功效
稳定运行期间M BR 池中NH +
4-N 和NO -
3-N 浓度的变化见图5
。
图5 M BR 中NH +4-N 和NO -3-N 浓度的变化
F i g .5 V ar iati on o f NH +4-N and NO -3-N i n M BR
由图5可以看出,在M B R 池内NH +
4-N 从
2.54m g /L 下降到0.31m g /L ,NO -
3-N 从10.88m g /L 增加到12.45m g /L 。从工艺流程上分析,组合工艺采用了A 2
O 和MBR 两段硝化,在A 2
O 处理
段没有去除的NH +
4-N 可以在M BR 中得到进一步的去除。MBR 池去除的NH +
4-N 量占组合工艺总去除量的12.14%。生物脱氮主要发生在A 2
O 段,但在完全好氧的M B R 段总氮也有损失,可能是通过同步硝化反硝化作用去除了部分总氮。MBR 上清液的NO -3-N 浓度比其进水值增加了1.47m g /L,但是比NH +4-N 的减少量(1.79m g /L)低约0.32m g /L,说明MBR 中有微弱的反硝化反应。对MBR
进、出水的NH +4-N 、NO -2-N 、NO -3-N 浓度进行
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朱宁伟,等:A 2O -M BR 组合工艺处理城市污水的试验研究
第26卷 第15期
多次监测,物料衡算结果表明,对TN 的去除量为0.04kg /d ,占系统总去除量的9.21%。
图6为TP 浓度在M B R
单元的变化情况。
图6 M BR 中TP 浓度的变化F ig .6 V ariati on of T P i n M B R
由图6可知,虽然M BR 中为好氧环境,但吸磷作用并不明显。然而,出水TP 浓度相比上清液则下降了0.13m g /L ,说明膜分离强化了系统对TP 的
去除。张志超等[14]
也曾报道脱氮除磷膜-生物反应器中的膜对胶体态磷有一定的截留作用,可以进一步降低出水总磷浓度。3 结论
A 2
O -MBR 组合工艺对南方城市污水中的污染物具有良好的去除效果,平均出水SS 、C OD 、B OD 5、NH +4
-N 、TN 和TP 分别为0、29.15、0.51、0.43、12.31和0.21mg /L ,出水水质可稳定达到GB 18918 2002的一级A 标准和 太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值 (DB 32/1072 2007)的要求。
用膜生物反应器代替传统A 2
O 工艺的沉淀池,不仅具有高效的泥水分离效果,而且强化了对污染物的去除效能。其中M B R 池对NH +
4-N 、TN 和TP 的强化去除量分别占总去除量的12.14%、9.21%和12.23%。参考文献:
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作者简介:朱宁伟(1981- ), 男, 山东兖州人,
博士研究生, 研究方向为水污染控制。
电话:152********
E -m ail :zhnw20013577@163.co m 收稿日期:2010-04-12
第26卷 第15期
中国给水排水
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