新型多級AO－MBR工藝在市政污水處理的應用

面對當前廢水排放總量日益上升的趨勢，要重點關注和研究污水脫氮除磷技術(shù)，針對當前脫氮除磷技術(shù)工藝流程復雜、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用，采用生物法進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。

（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改造的持續(xù)進行，可以選取MBR反應器，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)進水水質(zhì)波動較大，進出水數(shù)據(jù)測定如表1。 

結(jié)合進水污染物濃度和相關參數(shù)，可以將系統(tǒng)分為五個階段進行運行，相關運行參數(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。進水COD值波動范圍較大，在11231-785.96mg/L之間，進水平均濃度為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。進水氨氮的波動范圍較大，在4.1-51.6mg/L之間，氨氮進水平均濃度為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，使各個缺氧池擁有充足的碳源。通過分析可知，當系統(tǒng)進水的碳氮比大于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，當碳磷比（COD/TP）大于40-60時，能夠保證充足的聚磷菌的供應，實現(xiàn)高效的除磷效果。 

2.3 三級AO系統(tǒng)中進水分配比的脫氮除磷效果分析 

（1）進水分配比改變對COD去除效果的分析。由于AO系統(tǒng)單點進水至厭氧池時對COD的去除率波動較大，因而可以采用三點進水的方式，使污水分別進入?yún)捬醭亍⑷毖醭?、缺氧池2，使COD去除率在85%以上，達到高效的COD去除效率。

（2）進水分配比改變對總氮的去除效果分析。當進水總氮平均濃度為23.92mg/L時，出水總氮濃度為2.95mg/L，對總氮的平均去除率達到85.98%，主要是由于三級三點進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，更加充分地進行反硝化反應，達到高效的總氮去除效果。

（3）進水分配比改變對總磷的去除效果分析。第三階段的進水總磷平均濃度為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，導致出水總磷的濃度偏高。而在第四階段進行適當調(diào)整，改變進水方式，使碳磷比達到146.2，能夠使出水平均總磷濃度降至0.287mg/L，總磷去除率達到85.06%。　　

2.4 三級AO系統(tǒng)中SRT的脫氮除磷效果分析 

當系統(tǒng)采用三級三點進水方式時，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膜反應器系統(tǒng)沿程負荷分析內(nèi)容如下：

（1）系統(tǒng)對COD去除的沿程負荷分析。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水平均濃度為472.5mg/L，三級AO生化段的進水平均濃度為403.4mg/L，當污水進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入缺氧池后，高濃度COD污水與反應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)的污泥負荷大于三級AO系統(tǒng)。

（2）系統(tǒng)對氨氮去除的沿程負荷分析。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%，對總氮的去除率達到91.76%，并在高碳氮比進水的條件下，當碳磷比低于40時，可以通過添加化學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分析技術(shù)，研究各單元的動力學特征，并進一步研究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。