新型多級AO－MBR工藝在市政污水處理的應(yīng)用

面對當(dāng)前廢水排放總量日益上升的趨勢，要重點關(guān)注和研究污水脫氮除磷技術(shù)，針對當(dāng)前脫氮除磷技術(shù)工藝流程復(fù)雜、能耗高、污泥產(chǎn)量大、氮磷去除不佳的問題，探索一種新型多級AO-MBR工藝在市政污水處理中的應(yīng)用，采用生物法進(jìn)行市政污水的脫氮除磷。 

1.1 生物脫氮除磷技術(shù) 

（1）厭氧氨氧化。該技術(shù)適用于低碳氮比難生化污水的處理，具體包括異化代謝過程和同化代謝過程。

（2）短程硝化反硝化。該技術(shù)適用于高氨氮廢水的脫氮處理和低碳氮比污水的處理，能夠通過控制溶解氧、污泥齡、PH值、游離亞硝酸濃度的方式，實現(xiàn)短程反硝化反應(yīng)。

（3）全程自養(yǎng)脫氮工藝。

（4）反硝化除磷工藝。利用內(nèi)碳源實現(xiàn)反硝化與除磷的同步應(yīng)用，較好地節(jié)約碳源量和曝氣量，減少一半的剩余污泥產(chǎn)量。 

1.2 膜生物反應(yīng)器技術(shù) 

通過膜分離技術(shù)與污水處理技術(shù)相結(jié)合的方式，通過膜過濾的方式實現(xiàn)高效的固液分離，將依附于活性污泥上的微生物完全截留在反應(yīng)器內(nèi)，實現(xiàn)HRT和SRT的完全分離，適用于分散式污水的處理。然而該技術(shù)也存在一定的缺陷。隨著目前污水處理廠提標(biāo)改造的持續(xù)進(jìn)行，可以選取MBR反應(yīng)器，將MBR工藝與A2/O工藝、UCT工藝、多級AO工藝和SBR工藝等相耦合，較好地強化脫氮除磷效果，降低出水的濁度和色度[1]。 

2.1 原水水質(zhì)分析及系統(tǒng)運行參數(shù) 

系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)波動較大，進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)測定如表1。 

結(jié)合進(jìn)水污染物濃度和相關(guān)參數(shù)，可以將系統(tǒng)分為五個階段進(jìn)行運行，相關(guān)運行參數(shù)變量有：流量（m3/h）、流量分配比、級數(shù)（AO）、碳氮比、SRT（d）。 

2.2 四級AO系統(tǒng)的脫氮除磷去除效果分析 

（1）對CODcr的去除效果分析。進(jìn)水COD值波動范圍較大，在11231-785.96mg/L之間，進(jìn)水平均濃度為321.95mg/L，平均出水濃度為18.52mg/L，對COD的總體平均去除率為96.02%。主要是原水進(jìn)入到厭氧池和缺氧池之中，可以利用大部分碳源強化脫氮除磷效果，少部分碳源進(jìn)入好氧池中被分解，實現(xiàn)對碳源的充分合理利用。

（2）對氨氮的去除效果分析。進(jìn)水氨氮的波動范圍較大，在4.1-51.6mg/L之間，氨氮進(jìn)水平均濃度為36mg/L，出水氨氮濃度為0.14-11.45mg/L，氨氮平均出水濃度為1.85mg/L，NH3-N的平均去除率為94.37%。主要是依靠好氧池中的硝化作用去除污水中的氨氮，并有效控制氨氮的出水濃度。

（3）碳氮比對總氮的去除效果分析。進(jìn)水總氮濃度為10-60mg/L，出水總氮濃度在1.76-13.48mg/L之間。主要是采用四級四點進(jìn)水方式，通過多級硝化工藝能夠徹底地將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，使各個缺氧池?fù)碛谐渥愕奶荚?。通過分析可知，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水的碳氮比大于10時，能夠有效地實現(xiàn)對污水中總氮的降解。

（4）碳磷比對總磷的去除效果分析。在系統(tǒng)除磷的過程中，主要考慮進(jìn)水營養(yǎng)比、污泥齡、硝酸鹽濃度等因素，為此要控制BOD5/TP值和硝酸鹽的濃度。通常來說，當(dāng)碳磷比（COD/TP）大于40-60時，能夠保證充足的聚磷菌的供應(yīng)，實現(xiàn)高效的除磷效果。 

2.3 三級AO系統(tǒng)中進(jìn)水分配比的脫氮除磷效果分析 

（1）進(jìn)水分配比改變對COD去除效果的分析。由于AO系統(tǒng)單點進(jìn)水至厭氧池時對COD的去除率波動較大，因而可以采用三點進(jìn)水的方式，使污水分別進(jìn)入?yún)捬醭?、缺氧?、缺氧池2，使COD去除率在85%以上，達(dá)到高效的COD去除效率。

（2）進(jìn)水分配比改變對總氮的去除效果分析。當(dāng)進(jìn)水總氮平均濃度為23.92mg/L時，出水總氮濃度為2.95mg/L，對總氮的平均去除率達(dá)到85.98%，主要是由于三級三點進(jìn)水方式能夠為各級缺氧池中的反硝化過程提供足夠的碳源，更加充分地進(jìn)行反硝化反應(yīng)，達(dá)到高效的總氮去除效果。

（3）進(jìn)水分配比改變對總磷的去除效果分析。第三階段的進(jìn)水總磷平均濃度為2.44mg/L，出水總磷平均濃度為1.11mg/L，碳磷比為55.75，總磷去除效果不佳，僅為49.68%。主要是由于聚磷菌沒有合成充足的PHB，缺乏后續(xù)的吸磷能力，導(dǎo)致出水總磷的濃度偏高。而在第四階段進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，改變進(jìn)水方式，使碳磷比達(dá)到146.2，能夠使出水平均總磷濃度降至0.287mg/L，總磷去除率達(dá)到85.06%。　　

2.4 三級AO系統(tǒng)中SRT的脫氮除磷效果分析 

當(dāng)系統(tǒng)采用三級三點進(jìn)水方式時，具有更佳的脫氮除磷效果，有效改變生化系統(tǒng)的污泥齡，使之由之前的42d轉(zhuǎn)變?yōu)?1d，在縮短SRT之后的平均出水濃度為4.5mg/L，平均去除SRT的效率為80.97%，主要是由于反硝化菌縮短了污泥齡，無法富集反硝化細(xì)菌，致使脫氮效率下降。同時，SRT的改變對于總磷的去除效率也會發(fā)生影響，第五階段平均出水濃度為0.1mg/L，平均去除率為95.96%，主要是通過縮短污泥齡的方式排出高磷污泥[2]。 

總體來看，COD的降解過程在好氧池和缺氧池之中，四級AO系統(tǒng)的COD最大降解速率為0.013kg/（kgMLSS·h），三級AO系統(tǒng)的COD最大降解速率為0.0095kg/（kgMLSS·h）。氨氮的降解反應(yīng)主要在好氧池之中，其次發(fā)生在缺氧池內(nèi)，能夠高效去除污水中的氨氮，四級AO系統(tǒng)出水濃度為1.79mg/L，三級AO系統(tǒng)出水濃度為0.43mg/L，氨氮在1#好氧池的最大降解速率為0.001 kg/（kgMLSS·h）、在2#好氧池的最大降解速率為0.0005 kg/（kgMLSS·h），相較于傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝而言效果明顯。另外，總氮的去除主要發(fā)生在缺氧池內(nèi)，能夠有效降低總氮的濃度，四級AO系統(tǒng)出水濃度為5.39mg/L，最大反硝化速率為0.0023 kgNO3-/（kgMLSS·h），三級AO系統(tǒng)出水濃度為3.18mg/L，最大反硝化速率為0.0009kgNO3-/（kgMLSS·h）。 

新型多級AO膜反應(yīng)器系統(tǒng)沿程負(fù)荷分析內(nèi)容如下：

（1）系統(tǒng)對COD去除的沿程負(fù)荷分析。表現(xiàn)為四級AO生化段與三級AO生化段的改變，四級AO生化段運行期間的進(jìn)水平均濃度為472.5mg/L，三級AO生化段的進(jìn)水平均濃度為403.4mg/L，當(dāng)污水進(jìn)入生化段的厭氧池中，COD濃度下降的幅度最大，其中：四級AO生化段的COD濃度下降至221.5mg/L，三級AO生化段的COD濃度下降至232.6mg/L。主要是由于污水分段進(jìn)入缺氧池后，高濃度COD污水與反應(yīng)器中的活性污泥充分混合，使大部分的COD在好氧池中得以降解，并流入沉淀池中，可以通過生化系統(tǒng)的總水力停留時間及各池水力時間，計算出相應(yīng)生化段的COD降解速率。相較而言，四級AO系統(tǒng)的COD最大降解速率為0.013kg/（kgMLSS·h），三級AO系統(tǒng)的COD最大降解速率為0.0095kg/（kgMLSS·h），對比可知，四級AO系統(tǒng)的污泥負(fù)荷大于三級AO系統(tǒng)。

（2）系統(tǒng)對氨氮去除的沿程負(fù)荷分析。四級AO生化段對污水稀釋之后，由32.07mg/L降至18.85mg/L。三級AO生化段對污水稀釋之后，由19.34mg/L降至10.2mg/L。其降解反應(yīng)主要在好氧池中，通過若干段的好氧池，使污水中的氨氮得到高效去除，使出水氨氮濃度降至0.43mg/L。

（3）系統(tǒng)對總氮去除的沿程負(fù)荷分析。四級AO生化段和三級AO生化段沿程總氮去除大多發(fā)生在缺氧池中，四級AO生化段的出水總氮濃度為5.39mg/L，三級AO生化段的出水總氮濃度為3.18mg/L[3]。 

綜上所述，新型多級AO-MBR工藝在市政污水處理中的應(yīng)用是重要研究課題，通過實驗分析可知，新型多級AO-MBR工藝的污水處理效果良好，對COD和氨氮的平均去除率分別為96.02%、94.37%，對總氮的去除率達(dá)到91.76%，并在高碳氮比進(jìn)水的條件下，當(dāng)碳磷比低于40時，可以通過添加化學(xué)除磷程序或添加排泥量的方式，提高污水中磷的去除效率。后續(xù)還要引入成熟高效的分子生物學(xué)分析技術(shù)，研究各單元的動力學(xué)特征，并進(jìn)一步研究NO3-、NO2-的沿程分析，如：短程反硝化、反硝化除磷等，并充分考慮系統(tǒng)運行中水力停留時間、污泥回流比等工藝參數(shù)的影響。