高濃度有機廢水A2/O-MBR處理工藝

對于COD 高、可生化性差的有機廢水，單獨使用生物法或物化法往往難以達到理想的處理效果，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，是當前解決此類(lèi)廢水污染的一個(gè)重要突破方向〔1, 2〕。

膜生物反應器（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)相結合的新型污水處理工藝〔3, 4〕。其用膜組件代替了傳統活性污泥工藝中的二沉池，可進(jìn)行高效固液分離，達到水凈化的目的，克服了傳統工藝中出水水質(zhì)欠穩定、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廢水，該組合工藝兼有A2/O和MBR 工藝各自的特長(cháng)，具有出水水質(zhì)好、占地面積小、剩余污泥近零排放等優(yōu)點(diǎn)。研究考察了其影響因素及處理效果。

1 試驗部分

1.1 工藝流程

設計工藝流程如圖 1 所示。

圖 1 A2/O-MBR 組合工藝流程

整個(gè)系統由厭氧池、缺氧池、好氧池、膜組件和自控系統等組成。污水由調節池泵入厭氧單元和缺氧單元，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。厭氧池和缺氧池設有攪拌機，好氧池底部裝有微孔曝氣器。MBR 池內安裝穿孔曝氣管，采用鼓風(fēng)機曝氣。MBR 反應器為有機玻璃圓柱體，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。設置變頻器實(shí)現曝氣量的實(shí)時(shí)調整。整個(gè)工藝設兩個(gè)回流系統：一是將MBR 池內混合液回流至缺氧池以實(shí)現反硝化脫氮，二是將缺氧池內混合液回流至厭氧池以實(shí)現厭氧釋磷〔5〕。

1.2 試驗用水和分析方法

試驗用水取自深圳寶安區某化工廠(chǎng)調節池的廢水，該化工廠(chǎng)主要生產(chǎn)乙�；�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。根據工程實(shí)際及廢水水質(zhì)狀況，采用A2/O－MBR 為主體工藝對該化工廠(chǎng)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，試驗污泥取自廠(chǎng)區污水處理設施二沉池的剩余污泥，污泥性狀較好，污泥含水率約為75%，試驗用原水水質(zhì)指標見(jiàn)表 1。

裝置運行穩定后對進(jìn)、出水的常規項目進(jìn)行檢測，每隔3 d 測定1 次，COD、NH3-N、色度等測試指標參照文獻〔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，色度用稀釋倍數法，MLSS 用重量法，pH 用精密pH 計。

1.3 運行條件

膜污染是影響系統運行的關(guān)鍵問(wèn)題，適當的運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停留5.4 h 后，再流至好氧單元內停留3.2 h�；旌弦翰糠只亓髦寥毖鯁卧�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，膜反應器內底部曝氣，部分水在出水泵的作用下經(jīng)膜滲透后形成系統出水。反沖洗是維持MBR 穩定運行的重要步驟，間歇式抽停方式可有效減緩膜污染，由PLC 自動(dòng)控制系統調節。

2 試驗結果與分析

2.1 系統對COD 的去除效果

系統對COD 的去除效果見(jiàn)圖 2。

圖 2 系統對COD 的去除效果

由圖 2 可知，在不同運行時(shí)間條件下，A2/OMBR組合工藝對COD 的處理效果較為明顯，但進(jìn)出水COD 隨運行時(shí)間的變化規律并不明顯。其中組合工藝中MBR 出水平均COD 為77.2 mg/L，系統對COD 平均去除率高達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荷能力和生物降解穩定性。系統厭氧出水平均COD 為1 221 mg/L，厭氧段COD 去除率達63%。理論上厭氧段COD 去除率沒(méi)有這么高，只因MBR 池的出水回流對厭氧池的稀釋作用，導致厭氧出水COD 變低。

在A(yíng)2/O-MBR 對COD 的去除過(guò)程中，微生物對有機物的降解起主導作用，但膜的高效截留貢獻不可忽視，膜組件能有效截留生物反應器內的有機大分子物質(zhì)，使該類(lèi)物質(zhì)在反應器內有足夠的停留時(shí)間，與微生物的接觸機會(huì )大大增加，因而強化了系統對COD 的去除效果。

2.2 系統對NH3-N 的去除效果

在A(yíng)2/O-MBR 工藝長(cháng)達1 個(gè)月的運行中，采用間歇曝氣的運行方式，獲得很好的硝化和反硝化效果，達到高效去除NH3-N 的目的。系統對NH3-N 的去除效果見(jiàn)圖 3。

圖 3 系統對NH3-N 的去除效果

組合工藝對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，系統對NH3-N 平均去除率高達96.8%以上。NH3-N 的去除幾乎完全靠生物反應器中的微生物作用完成的，這表明該系統硝化反應進(jìn)行得比較完全。這是因為膜對NH3-N 的截留作用很小，而膜反應器內可保持較高的MLSS 和較長(cháng)的污泥停留時(shí)間（SRT），有利于硝化菌的生長(cháng)繁殖，從而保證了系統良好的硝化效果和較強的抗沖擊負荷能力。由于MBR 池設置了缺氧區和泥水回流裝置，并且存在好氧回流，NH3-N 在好氧區通過(guò)硝化作用轉換為NO2--N 和NO3--N，然后隨泥水混合液回流到缺氧區而發(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 系統對色度、濁度和SS 的去除效果

試驗表明，系統對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94%，優(yōu)于傳統活性污泥工藝單純靠重力沉淀的處理效果。反應器出水SS 達到20 ~32 mg/L，平均去除率達95.3%，這主要是膜及其表面凝膠層篩分截留作用的結果。

2.4 污泥負荷對COD 去除率的影響

污泥負荷是指單位質(zhì)量的活性污泥在單位時(shí)間內所承受的有機物的數量，或生化池單位有效體積在單位時(shí)間內去除的有機物的數量。污泥負荷在微生物代謝方面的含義就是F/M（F 指的是有機物量，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(cháng)的不同階段，污泥負荷不盡相同，凈化效果也相差較大。污泥負荷對COD 去除率的影響見(jiàn)圖 4。

圖 4 污泥負荷對COD 去除率的影響

經(jīng)過(guò)反應裝置中厭氧、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。由圖 4 可以看出，出水COD 隨污泥負荷的變化而變化，當污泥負荷為0.40~0.55 kg/（kg·d） 時(shí)，COD 去除率呈現隨污泥負荷升高而上升的趨勢，去除率保持在93.5%左右。當污泥負荷在0.55~0.80kg/（kg·d）之間時(shí)，COD 去除率又呈下降趨勢�？傮w上，當污泥負荷為0.40~0.80 kg/（kg·d）時(shí)，COD 去除率達到89%以上。這說(shuō)明當污泥負荷在0.40~0.55kg/（kg·d）時(shí)，污水中的有機物既能滿(mǎn)足污泥中微生物生長(cháng)繁殖的需要，又在其處理能力之內。由于膜的高效截留作用，使反應器可維持長(cháng)泥齡和較高的MLSS，從而降低了污泥負荷（F/M），使其對COD 具有很高的去除能力〔9〕。

2.5 抽吸時(shí)間對膜過(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，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)間對膜過(guò)濾阻力的影響。結果發(fā)現： 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)濾性能的穩定。

2.6 膜通量對膜過(guò)濾阻力的影響

在A(yíng)2/O-MBR 工藝運行中，隨著(zhù)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。系統運行時(shí)間愈長(cháng)，污泥混合液的過(guò)濾阻力也愈大。試驗考察了在抽停時(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。結果表明：當運行時(shí)間增加時(shí)，膜過(guò)濾阻力也隨之增長(cháng)，并且呈現正線(xiàn)性關(guān)系。膜通量不同，其線(xiàn)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，且增加幅度要遠大于改變抽吸時(shí)間增加的幅度。這主要是因為膜通量（既施加在膜上的滲透壓差）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，清洗周期逐漸變短。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結論

（1）A2/O-MBR 組合工藝對高濃度有機廢水具有良好的處理效果。系統對COD、NH3-N、SS 的去除率分別達到97%、96.8%、95.3%，在MBR 中設置缺氧區和泥水回流裝置可提高M(jìn)BR 對污染物的去除效果。對污染物的去除，生物反應器起主要作用，膜截留只起到輔助作用。該組合工藝運行穩定，具有較強的抗沖擊負荷能力。

（2）污泥負荷為0.40~0.55 kg/（kg·d）時(shí)，COD 去除率呈現隨污泥負荷升高而上升的趨勢，去除率保持在93.5%左右。當污泥負荷為0.40~0.80 kg/（kg·d）之間時(shí)，COD 去除率達到89%以上。

（3）當抽停時(shí)間分別為12、4 min 時(shí)，系統能保持膜過(guò)濾性能的穩定。隨運行時(shí)間的增加，膜過(guò)濾阻力呈線(xiàn)性增長(cháng)。膜通量不同，其線(xiàn)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小于膜通量為22.1 L/（m2·h） 時(shí)的情況。