MBR改装工艺强化脱氮除磷的特性研究

论文导读：图1厌氧池+复合式膜生物反应器装置流程。考虑到同时脱氮除磷的效果。去除率不高。厌氧池，MBR改装工艺强化脱氮除磷的特性研究。
关键词：复合式MBR，厌氧池，脱氮除磷，去除率
 

随着经济的快速发展，污染和水体富营养化问题日益严重。常规活性污泥工艺对总氮、总磷的去除率仅在10％ ～ 30％，远不能达到国家排放标准。这样的出水排放，仍然会引起受纳水体的富营养化[1]。在水质富营养化日益严重的今天，越来越多的国家和地区制定了更加严格的氮磷排放标准，因此废水脱氮除磷工艺的开发倍受关注。我国新修订的《城市污水再生利用景观环境用水水质》标准（GB/T 18921—2002）和《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）要求总氮＜15mg/L，而最严格的总磷标准已达0.5mg/L。然而，目前应用的MBR大多以去除有机污染物为主，对MBR 技术的研究重点也放在了污染物去除机理和控制膜污染等方面[2]。论文格式，厌氧池。因此，强化MBR工艺对氮和磷的同时去除工艺已成为当前水污染控制领域的研究重点和热点[3~4]。复合式MBR则是在传统膜生物反应器内投加填料，使微生物可以附着在填料上生长，从而减少混合液污泥浓度，减少污泥产量。目前MBR在国内外的研究发展很快[5]，自身脱氮率仅为40%～60%[6]；在除磷方面, 效果也不理想, 很多都要对膜生物反应器的出水进行化学处理才能满足应的污水排放标准。试验自发研究了一种厌氧池+复合式MBR用于处理生活污水的效果，重点探讨了该工艺在脱氮除磷方面的影响因素及效果。

1.实验装置与方法

1.1实验装置和流程

本试验装置( 图1) 是在复合式膜生物反应器技术与脱氮除磷工艺相结合的基础上自行设计研发的一种新型污水处理设备。

图1 厌氧池+复合式膜生物反应器装置流程

Figure1 The flow chart of the Anaerobic tank+Hybridmembrane bioreactor process

其中1-进水箱；2-厌氧池；3-填料；4-膜组件；5-真空表；6-自吸泵；7-流量计；8-清水箱；9-放空管

通过图1可以看出，该装置全部由有机玻璃制成，分为三部分，包括厌氧池和生物反应器。论文格式，厌氧池。其中生物反应器是一个统一的整体，分为缺氧区和好氧膜生物反应区，中间被隔开，缺氧区反应器中投加固定的悬浮填料，有效容积33L，好氧区放置3组膜组件，有效容积44L，缺氧区和好氧区下面连通。其中缺氧区种的污泥通过潜水泵回流到厌氧池中。实验用膜中空纤维膜，材质为聚丙烯(PP)。

实验时, 污水首先进入厌氧池, 停留一段时间后溢流至缺氧池, 污水进入缺氧池后, 会在缺氧与好氧的环境中交替变化,设计目的是希望实现在缺氧池里脱氮。最后为好氧池,污泥部分外排, 部分直接回流至厌氧池。各池有效容积分别为12L, 33L, 44L。论文格式，厌氧池。

1.2 膜组件

实验用膜组件为杭州凯宏膜技术有限公司生产的的聚丙烯中空纤维膜，其主要性能参数见表1。

表1 中空纤维膜主要性能参数表

Performance perameter ofmembrance

table11.3实验用水

实验用水采用太原市某污水厂配水井出水，水中的各项指标含量如表2。论文格式，厌氧池。

表2 实验进水水质

The quality of experimentof raw water

table21.4实验方法

在实验进行过程中，对进水、生物反应池的出水的多项指标进行了监测，如NH4+-N、T N、TP等。NH4+-N的测定采用纳氏试剂分光光度法，总氮(TN)的测定采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法，总磷(TP)的测定采用钼锑抗分光光度法。

2实验结果与分析

2.1 溶解氧浓度对缺氧池脱氮性能的影响

脱氮过程中, 硝化与反硝化这两个阶段需要适当的好氧和缺氧环境[7]。因此, 在缺氧池中, 曝气室DO的确定将是影响脱氮的一个非常重要参数。为了考察DO对系统脱氮作用的影响, 实验分为6个阶段, 依次将缺氧池中曝气室DO 调节为0.5、1.0、1.3、1.5、2.0、2.5mg/L( 其他参数不变)。待系统运行稳定后,取出水水样, 测定TN、NH4+-N的浓度, 分析脱氮性能及原因。测定结果如图2所示。

图2 DO对NH4+-N、TN处理效果的影响

Figuer2The effection toNH4+-N、TN removal from DO

由图2可以看出，缺氧池中曝气室DO﹤1.5mg/L时，NO4+-N和TN去除率较低。由TN的组成成分分析可知，可能由于缺厌氧池中的NO4+-N还未大部分转化成NO3--N和NO2--N，得知硝化作用不完全是TN去除的限制因素，因此溶解氧过低不利于缺氧区中TN的去除；当DO=1.5mg/L 时，NO4+-N和TN浓度达到一级A标准，说明在该条件下，缺氧池中的硝化和反硝化能力都很强；当DO﹥1.5mg/L时, NO4+-N的浓度开始显下降，这是因为NO4+-N开始大部分转化成NO3--N 和NO2--N,导致TN的去除率很小。因此发现反硝化作用受到抑制是TN去除率下降的主要原因。

综合分析，DO对缺氧区TN的去除效果影响很大。论文格式，厌氧池。DO值过小，硝化作用受到抑制，TN去除率不高，此时缺氧出水中的TN主要以NO4+-N形式存在；DO值过大，反硝化作用受到抑制，TN去除率也不是很高，此时缺氧出水中的TN主要以NO3--N的形式存在。综上所述，当DO约为1.5mg/L时，TN 的去除效果较好。

2.2污泥的停留时间(SRT)对厌氧池除磷的影响

在生物法处理污水实验中，污泥泥龄也是一个对试验效果影响重大的环境因素。泥龄长，处理效果好，污泥量也少；但太长，则将使污泥老化，影响沉淀。MBR工艺由于膜的截留作用，污泥的停留时间(SRT)可以不依赖于水力停留时间而单独加以控制,分别控制SRT为5、10、15、18、20、23h( 其他参数不变)，等系统稳定后，同时取上清液、出水水样测其TP的值，分析其原因。测定结果如图3所示：

图3 SRT对TP处理效果的影响

Figuer3The effection to TPremovalfrom SRT

由图3可以看出，SRT﹤18h时，TP的去除率不是很高，上清液的TP值也达不到一级A标准，这是因为污泥的泥龄过短，污泥量少，经过厌氧磷释放的活性污泥过低，不能吸收大量的磷，所以磷的去除率不是很高；当SRT=18h时，厌氧池中的上清液和出水均达到标准，去除率也最高，此时厌氧池中活性污泥可以吸附大量磷，从而磷的去除率可达到94 %；SRT﹥18h时，厌氧池中的活性污泥泥龄过大，导致老化，影响了磷的去除效率。

2.3系统最佳水力停留时间HRT 的确定

控制其他运行参数不变，改变水力停留时间分别为3,4,5,6,7,8,9h，等等系统稳定后，取出水水样测其TP、TN的值,分别考察不同HRT对TP、TN去除效率的影响。测定结果如图4所示：

图4 HRT对TN处理效果的影响

Figuer4The effection to TN removal from HRT

由图4可以看出，TN的的去除率由HRT=3h的45%上升至HRT=6h的84%后基本稳定，而且变化不大。论文格式，厌氧池。究其原因是因为随着HRT 变大, 流程后段未被降解的BOD 浓度会有所升高, C/N 比的变大有利于反硝化的进行, 但当水力停留时间过长时，有利于硝化反应，使TN的去除率受到一定的影响。

HRT对TP去除效率的影响如图5所示：

图5 HRT对TP处理效果的影响

Figuer5The effection to TP removal from HRT

由图5可以看出，TP的的去除率由HRT=3h的56 %上升至HRT=6h的87 %，而当HRT﹥6h时，TP的去除率随水力停留时间的变化不再上升，反而有小幅度的降低，这是因为随着HRT 变大，反硝化作用增强，同时硝态氮对厌氧污泥释磷的抑制也会减小，但水力时间过长又造成试验期间温度升高, 厌氧区溶解氧变小, 有利于厌氧释磷,从而TP的去除率开始下降。

考虑到同时脱氮除磷的效果，可知当HRT=6h时脱氮除磷的效果最佳。

4总结

(1)长期试验表明，系统在稳定运行状态下，出水水质TN、TP可以达到国家一级A标准。

(2)TN、TP 的去除不仅受到溶解氧和污泥的停留时间的影响，系统最佳水力停留时间HRT对脱氮除磷的影响也很重要。

(3)通过对MBR膜的研究，发现其对有机物和氮的去除率很小，但对磷的去除率能起到一定的作用。

参考文献：
[1]Adham S,GagliardoP,Boulos L,eta1.Feasibility of the membranebioreactor process for waterreclamation[J].Wat.Sci.Tech.2001,43(10):203～209.
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[3]Tom Stephenson，Simon Judd，Bruce Jefferson，等著.张树国,李咏梅译.膜生物反应器污水处理技术[M].北京:化学工业出版社,2003.
[4]陈福泰,范正虹,黄霞.膜生物反应器在全球的市场现状与工程应用[J].中国给水排水,2008,24(8):14-18.
[5]欧阳雄文.MBR在脱氮除磷方面的最新研究与进展[J].工业水处理,2005,9～12.
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