MBR工藝在典型城鎮(zhèn)污水處理工程中的調(diào)研分析
申世峰 郭興芳 陳立 李勱 熊會斌
（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津300074）
摘要:選擇4座典型MBR城鎮(zhèn)污水處理工程，對其工藝流程、應(yīng)用效果，尤其是脫氮除磷效果進行分析比較。結(jié)果表明：各污水處理工程出水水質(zhì)基本能穩(wěn)定達到GB 18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)，尤其是COD、BOD5、NH3-N及SS去除效果較優(yōu)；但總氮和總磷去除效果受水溫、進水水質(zhì)及進水有機物組成等影響，其中是否有足夠的可被生物降解有機物（BCOD）和快速溶解性易降解有機物（SS）是決定MBR系統(tǒng)能否實現(xiàn)高效生物脫氮和生物除磷的決定性因素。當(dāng)進水BCOD/TN和SS/TP較低時，需通過外加碳源和輔助化學(xué)除磷的方法保證氮磷穩(wěn)定達標(biāo)。
0引言
隨著我國城市污水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高和水資源嚴(yán)重短缺問題，MBR工藝因出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高、處理效率高及占地面積小等優(yōu)點，在污水處理方面的應(yīng)用進入高速發(fā)展時期。近年來在國內(nèi)新一輪污水處理廠升級改造過程中，陸續(xù)建設(shè)了一批以MBR為主要處理工藝的萬噸級城鎮(zhèn)污水處理工程。本文選擇太湖流域、滇池流域以及北方缺水地區(qū)的4座典型MBR城鎮(zhèn)污水處理工程，對其工藝流程、運行效果和脫氮除磷效率進行分析比較，旨在為MBR工藝設(shè)計選擇提供參考。
1工程概況
1.1工藝概述
調(diào)研4座MBR工程概況如表1所示。
由表1可知，MBR城鎮(zhèn)污水處理工程工藝設(shè)計型式主要以傳統(tǒng)A2/O及其改進型工藝與膜組件耦合為主。
A廠采用厭氧-第一缺氧-第二缺氧-好氧-膜池工藝設(shè)計流程，其特點是設(shè)置兩段缺氧區(qū)，并通過控制進水與回流點調(diào)節(jié)兩段缺氧區(qū)的功能。進水方式采用厭氧區(qū)和第一缺氧區(qū)兩點進水，回流方式采用膜區(qū)混合液回流到好氧區(qū)、好氧區(qū)混合液分別回流到第一缺氧區(qū)和第二缺氧區(qū)及第一缺氧區(qū)混合液回流到厭氧區(qū)的三級回流方式。
B廠和D廠采用厭氧-缺氧-好氧-后置缺氧（變化）-膜池工藝設(shè)計流程，其特點是通過設(shè)置后置缺氧段強化內(nèi)源脫氮效果。進水方式采用厭氧區(qū)單點進水，回流方式采用膜區(qū)混合液回流到好氧區(qū)、好氧區(qū)混合液分別回流到缺氧區(qū)及缺氧區(qū)混合液回流到厭氧區(qū)的三級回流方式。
C廠采用厭氧-缺氧-好氧-膜池工藝設(shè)計流程，并在缺氧區(qū)和好氧區(qū)之間設(shè)置變化區(qū)，可根據(jù)水溫和水質(zhì)靈活調(diào)整其運行方式。進水方式采用厭氧區(qū)單點進水，回流方式采用膜區(qū)混合液回流到好氧區(qū)、好氧區(qū)混合液分別回流到缺氧區(qū)及缺氧區(qū)混合液回流到厭氧區(qū)的三級回流方式。
1.2運行參數(shù)
調(diào)研4座MBR工程設(shè)計和運行參數(shù)如表2所示。
2運行效果
2.1進水水質(zhì)
對4座MBR工程進水水質(zhì)進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表3所示。由表3可知，A廠和B廠進水均含有一定量的工業(yè)廢水，工業(yè)廢水所占比例分別達到40%和43%，且進水水質(zhì)波動較大。而C廠和D廠進水以生活污水為主，進水可生化性較好，進水B/C達到0.43～0.47。
此外，為了更好掌握4座污水處理廠進水有機物組成，對4座污水處理廠進水有機物中快速溶解性易降解有機物（SS）、慢速顆粒性可降解有機物（XS）、溶解性不可降解有機物（SI）及顆粒性不可降解有機物（XI）含量進行分析，分析結(jié)果如圖1所示。
由圖1可知，A廠進水溶解性易降解有機物僅占17.31%，而慢速顆粒性可降解有機物占35.51%，總可被生物降解有機物含量BCOD占53%左右，且以慢速可降解有機物為主；B廠進水溶解性易降解有機物和慢速顆粒性可降解有機物分別占41.13%和31.53%，總可被生物降解有機物含量BCOD占73%左右；C廠進水溶解性易降解有機物和慢速顆粒性可降解有機物分別占41.72%和22.73%，總可被生物降解有機物含量BCOD占65%左右，且以溶解性易降解有機物為主；D廠進水溶解性易降解有機物和慢速降解顆粒性有機物分別占35.98%和39.91%，總可被生物降解有機物含量BCOD占75%左右。
2.2有機物和SS去除效果
4座MBR工程出水有機物和SS濃度如表4所示。由表4可知，不同MBR處理工程對于COD、BOD5和SS的去除效果較優(yōu)，出水平均COD、BOD5和SS濃度基本小于30 mg/L、3mg/L和5 mg/L，平均去除率分別達到88%、97%和97%以上，出水優(yōu)于GB18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)。有機物去除效果較穩(wěn)定，受進水水質(zhì)波動影響較小，說明MBR系統(tǒng)高污泥濃度特性，提高了系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力。同時膜組件的高效截留作用保證出水懸浮物濃度較低，出水感官度較好。
2．3硝化效果
4座MBR工程氨氮去除效果如表5所示。
由表5可知，不同MBR處理工程氨氮去除效果均較優(yōu)，出水氨氮平均濃度小于2 mg/L，平均去除率均達到96%以上，出水濃度優(yōu)于GB 18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)。同時氨氮的去除效果受水溫的影響較小，低溫下MBR系統(tǒng)同樣保持較優(yōu)的硝化效果，保證的氨氮全年穩(wěn)定達標(biāo)。主要原因是由于MBR系統(tǒng)高污泥濃度特性和膜組件高效截留作用，使得系統(tǒng)污泥齡延長，有利于世代周期較長的硝化細(xì)菌大量繁殖，實現(xiàn)硝化菌的富集馴化，強化了系統(tǒng)的硝化效果。有研究表明，MBR系統(tǒng)中亞硝化菌和硝化菌數(shù)量均比常規(guī)活性污泥系統(tǒng)菌種高1個數(shù)量級，這種強化作用補償了冬季低溫對系統(tǒng)硝化效果的不利影響。
2．4脫氮效果
對不同MBR工程脫氮效果進行分析，結(jié)果如表6所示。
由表6可知，不同MBR工程脫氮效果因進水水質(zhì)不同而差異較大，A、B和C廠進水COD/TN均較高、平均達到9.5以上，但進水有機物組成差異較大。由進水有機物組成分析可知，A廠可被生物降解有機物BCOD僅占總有機物含量的53%左右，且以慢速可降解有機物為主，進水平均BCOD/TN僅為5.0左右。而B廠和C廠可被生物降解有機物BCOD均占總有機物含量的65%以上，且以溶解性易降解有機物為主，進水平均BCOD/TN達到7.63和6.47，導(dǎo)致A廠脫氮效果要低于B廠和C廠�？芍M水可被生物降解有機物BCOD含量是決定系統(tǒng)脫氮效果的關(guān)鍵因素，隨著BCOD/TN提高，系統(tǒng)脫氮效果提升。
此外，水溫對MBR系統(tǒng)脫氮效果產(chǎn)生影響（見圖2）。總體而言，隨著水溫的降低，MBR系統(tǒng)脫氮效果下降，低溫下脫氮所需的碳源量增加。因此低溫下當(dāng)進水可被生物降解有機物含量不足時，無法保證出水總氮達到GB 18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)，需外加碳源強化脫氮效果。由圖2可知，A廠夏季進水平均C/N為9.89、平均BCOD/TN為5.24，出水TN平均濃度為10.61mg/L；而冬季進水平均C/N為9.05、平均BCOD/TN為4.70，出水TN平均濃度為14.89 mg/L，且冬季必須通過外加醋酸鈉才能保證出水達標(biāo)。B廠夏季進水平均C/N為13.69、平均BCOD/TN為9.90，出水TN平均濃度為6.28mg/L；冬季進水平均C/N為9.71、平均BCOD/TN為7.00，出水TN平均濃度為9.2 mg/L，為確保冬季出水TN濃度也維持在10 mg/L以下，通過外加醋酸提高脫氮效果。C廠夏季進水平均C/N為8.95、平均BCOD/TN為5.80，出水TN平均濃度10.14mg/L左右；冬季進水平均C/N為9.23、平均BCOD/TN為5.90，出水TN平均濃度為14.15 mg/L，由于進水BCOD/TN較高，冬季無需外加碳源即可保證TN基本達標(biāo)。D廠夏季進水平均C/N為6.10、平均BCOD/TN為4.65，出水TN平均濃度9.20 mg/L；冬季進水平均C/N為7.58、平均BCOD/TN為5.70，出水TN平均濃度為13.10mg/L，由于運行負(fù)荷較低，冬季無需外加碳源即可保證TN基本達標(biāo)。
總之，MBR系統(tǒng)脫氮效果主要受水溫、進水有機物總量及進水有機物構(gòu)成等影響，其中是否有足夠的可被生物降解有機物BCOD濃度是決定MBR系統(tǒng)能否實現(xiàn)高效脫氮的決定性因素。隨著BCOD/TN提高，系統(tǒng)脫氮效果提升，同時低溫下系統(tǒng)脫氮效果下降，低溫下去除總氮所需的碳源量增加。
2.5除磷效果
對不同MBR工程除磷特性進行分析，結(jié)果如表7所示。
由表7可知，不同MBR工程的除磷特性和除磷方式不同，A廠和B廠由于進水含工業(yè)廢水，進水中含有較高濃度的鐵鋁等金屬離子，且進水總磷以顆粒性磷為主，從而金屬離子與進水中磷酸鹽直接進行反應(yīng)生成沉淀物，加上膜組件對顆粒態(tài)和膠體態(tài)磷的截留作用，保證兩廠較優(yōu)的除磷效果，通過現(xiàn)場調(diào)研測試也發(fā)現(xiàn)A、B兩廠基本沒有生物除磷效果，主要靠金屬離子化學(xué)沉淀作用去除。C廠和D廠進水主要以生活污水為主，進水可生化性較好，進水有機物組分分析可知，兩廠進水溶解性易降解有機物SS所占比例較高。其中C廠進水平均SS/TP達到35.56，滿足生物除磷要求，系統(tǒng)保持較好的生物除磷效果，無需進行化學(xué)除磷； D廠平均SS/TP為23.28，但由于實際運行過程中SRT控制較長，最高達50d以上，降低了系統(tǒng)的生物除磷效果，必須輔以化學(xué)除磷才能保證TP達標(biāo)。
總之，MBR工藝除磷效果主要受進水有機物組成、進水總磷組成及SRT的影響，其中是否有足夠的溶解性易降解有機物濃度是決定MBR系統(tǒng)能否實現(xiàn)高效生物除磷的決定性因素。隨著SS/TP的提高，系統(tǒng)生物除磷效果提升，同時SRT越長，去除總磷所需的溶解性易降解有機物濃度越高。
3結(jié)論
（1）MBR工藝處理城鎮(zhèn)污水時，COD、BOD5、NH3-N及SS去除效果均較優(yōu)，出水平均濃度基本小于30 mg/L、3 mg/L、2mg/L及5 mg/L，出水要優(yōu)于GB 18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)，同時受水溫、水質(zhì)波動影響較小，抗沖擊能力較強。
（2）MBR工藝處理城鎮(zhèn)污水時，脫氮效果主要受水溫、進水有機物及進水有機物組成等影響，其中是否有足夠的可被生物降解有機物BCOD含量是決定系統(tǒng)能否實現(xiàn)高效生物脫氮的決定性因素，隨著BCOD/TN提高，系統(tǒng)脫氮效果提升。同時低溫下系統(tǒng)脫氮效果下降，低溫下去除總氮所需碳源量增加。
（3）MBR工藝處理城鎮(zhèn)污水時，除磷效果主要受進水磷組成、進水有機物組成及SRT的影響，其中是否有足夠的溶解性易降解有機物SS含量是決定系統(tǒng)能否實現(xiàn)高效生物除磷的決定性條件。隨著SS/TP的提高，系統(tǒng)生物除磷效果逐步提升。同時膜組件的設(shè)置可提高系統(tǒng)對出水顆粒態(tài)和膠體態(tài)磷的截留去除。
參考文獻略
本文來自《給水排水》雜志2015年第5期。
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