新型多級AO－MBR工藝在市政汙水處理的應用

麵對當前廢水排放總量日益上升的趨勢，要重點關(guan) 注和研究汙水脫氮除磷技術，針對當前脫氮除磷技術工藝流程複雜、能耗高、汙泥產(chan) 量大、氮磷去除不佳的問題，探索一種新型多級AO-MBR工藝在市政汙水處理中的應用，采用生物法進行市政汙水的脫氮除磷。 

1.1 生物脫氮除磷技術 

（1）厭氧氨氧化。該技術適用於(yu) 低碳氮比難生化汙水的處理，具體(ti) 包括異化代謝過程和同化代謝過程。

（2）短程硝化反硝化。該技術適用於(yu) 高氨氮廢水的脫氮處理和低碳氮比汙水的處理，能夠通過控製溶解氧、汙泥齡、PH值、遊離亞(ya) 硝酸濃度的方式，實現短程反硝化反應。

（3）全程自養(yang) 脫氮工藝。

（4）反硝化除磷工藝。利用內(nei) 碳源實現反硝化與(yu) 除磷的同步應用，較好地節約碳源量和曝氣量，減少一半的剩餘(yu) 汙泥產(chan) 量。 

1.2 膜生物反應器技術 

通過膜分離技術與(yu) 汙水處理技術相結合的方式，通過膜過濾的方式實現高效的固液分離，將依附於(yu) 活性汙泥上的微生物完全截留在反應器內(nei) ，實現HRT和SRT的完全分離，適用於(yu) 分散式汙水的處理。然而該技術也存在一定的缺陷。隨著目前汙水處理廠提標改造的持續進行，可以選取MBR反應器，將MBR工藝與(yu) 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 原水水質分析及係統運行參數 

係統進水水質波動較大，進出水數據測定如表1。 

結合進水汙染物濃度和相關(guan) 參數，可以將係統分為(wei) 五個(ge) 階段進行運行，相關(guan) 運行參數變量有：流量（m3/h）、流量分配比、級數（AO）、碳氮比、SRT（d）。 

2.2 四級AO係統的脫氮除磷去除效果分析 

（1）對CODcr的去除效果分析。進水COD值波動範圍較大，在11231-785.96mg/L之間，進水平均濃度為(wei) 321.95mg/L，平均出水濃度為(wei) 18.52mg/L，對COD的總體(ti) 平均去除率為(wei) 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。進水氨氮的波動範圍較大，在4.1-51.6mg/L之間，氨氮進水平均濃度為(wei) 36mg/L，出水氨氮濃度為(wei) 0.14-11.45mg/L，氨氮平均出水濃度為(wei) 1.85mg/L，NH3-N的平均去除率為(wei) 94.37%。主要是依靠好氧池中的硝化作用去除汙水中的氨氮，並有效控製氨氮的出水濃度。

（3）碳氮比對總氮的去除效果分析。進水總氮濃度為(wei) 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化為(wei) 硝態氮，使各個(ge) 缺氧池擁有充足的碳源。通過分析可知，當係統進水的碳氮比大於(yu) 10時，能夠有效地實現對汙水中總氮的降解。

（4）碳磷比對總磷的去除效果分析。在係統除磷的過程中，主要考慮進水營養(yang) 比、汙泥齡、硝酸鹽濃度等因素，為(wei) 此要控製BOD5/TP值和硝酸鹽的濃度。通常來說，當碳磷比（COD/TP）大於(yu) 40-60時，能夠保證充足的聚磷菌的供應，實現高效的除磷效果。 

2.3 三級AO係統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。由於(yu) AO係統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，使汙水分別進入厭氧池、缺氧池1、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(wei) 23.92mg/L時，出水總氮濃度為(wei) 2.95mg/L，對總氮的平均去除率達到85.98%，主要是由於(yu) 三級三點進水方式能夠為(wei) 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(wei) 2.44mg/L，出水總磷平均濃度為(wei) 1.11mg/L，碳磷比為(wei) 55.75，總磷去除效果不佳，僅(jin) 為(wei) 49.68%。主要是由於(yu) 聚磷菌沒有合成充足的PHB，缺乏後續的吸磷能力，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係統中SRT的脫氮除磷效果分析 

當係統采用三級三點進水方式時，具有更佳的脫氮除磷效果，有效改變生化係統的汙泥齡，使之由之前的42d轉變為(wei) 21d，在縮短SRT之後的平均出水濃度為(wei) 4.5mg/L，平均去除SRT的效率為(wei) 80.97%，主要是由於(yu) 反硝化菌縮短了汙泥齡，無法富集反硝化細菌，致使脫氮效率下降。同時，SRT的改變對於(yu) 總磷的去除效率也會(hui) 發生影響，第五階段平均出水濃度為(wei) 0.1mg/L，平均去除率為(wei) 95.96%，主要是通過縮短汙泥齡的方式排出高磷汙泥[2]。 

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

新型多級AO膜反應器係統沿程負荷分析內(nei) 容如下：

（1）係統對COD去除的沿程負荷分析。表現為(wei) 四級AO生化段與(yu) 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(wei) 472.5mg/L，三級AO生化段的進水平均濃度為(wei) 403.4mg/L，當汙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。主要是由於(yu) 汙水分段進入缺氧池後，高濃度COD汙水與(yu) 反應器中的活性汙泥充分混合，使大部分的COD在好氧池中得以降解，並流入沉澱池中，可以通過生化係統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係統的COD最大降解速率為(wei) 0.013kg/（kgMLSS·h），三級AO係統的COD最大降解速率為(wei) 0.0095kg/（kgMLSS·h），對比可知，四級AO係統的汙泥負荷大於(yu) 三級AO係統。

（2）係統對氨氮去除的沿程負荷分析。四級AO生化段對汙水稀釋之後，由32.07mg/L降至18.85mg/L。三級AO生化段對汙水稀釋之後，由19.34mg/L降至10.2mg/L。其降解反應主要在好氧池中，通過若幹段的好氧池，使汙水中的氨氮得到高效去除，使出水氨氮濃度降至0.43mg/L。

（3）係統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生在缺氧池中，四級AO生化段的出水總氮濃度為(wei) 5.39mg/L，三級AO生化段的出水總氮濃度為(wei) 3.18mg/L[3]。 

綜上所述，新型多級AO-MBR工藝在市政汙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工藝的汙水處理效果良好，對COD和氨氮的平均去除率分別為(wei) 96.02%、94.37%，對總氮的去除率達到91.76%，並在高碳氮比進水的條件下，當碳磷比低於(yu) 40時，可以通過添加化學除磷程序或添加排泥量的方式，提高汙水中磷的去除效率。後續還要引入成熟高效的分子生物學分析技術，研究各單元的動力學特征，並進一步研究NO3-、NO2-的沿程分析，如：短程反硝化、反硝化除磷等，並充分考慮係統運行中水力停留時間、汙泥回流比等工藝參數的影響。