AAOA-MBR工藝在超高污泥濃度下的運(yùn)行效果及注意事項(xiàng)
來源：劉紀(jì)成，等中國給水排水
摘要：為了解超高污泥濃度（MLSS）對膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝運(yùn)行效果的影響，研究分析了南京某采用厭氧/缺氧/好氧/缺氧(AAOA)-MBR工藝的城市污水處理廠在超高M(jìn)LSS濃度下的運(yùn)行情況。結(jié)果表明：MBR工藝在可在較高的污泥濃度下運(yùn)行，并且高污泥濃度有助于系統(tǒng)對有機(jī)物的去除。該污水廠的MBR膜池在20g/L左右的超污泥高濃度下運(yùn)行了超過600d的時(shí)間，出水COD、氨氮、TN、TP濃度分別約為14、0.43、6.37和0.25mg/L；高污泥濃度可增強(qiáng)系統(tǒng)抵抗低溫、進(jìn)水負(fù)荷抗沖擊的能力，并且聯(lián)合后置缺氧段強(qiáng)化了系統(tǒng)的內(nèi)源反硝化。MBR系統(tǒng)在高污泥濃度下運(yùn)行，需要密切注意膜通量及跨膜壓差的變化，適時(shí)進(jìn)行膜清洗，以免發(fā)生膜污染。
劉紀(jì)成(1984-),男,河南信陽人,碩士,工程師,從事水污染控制技術(shù)研究。
工程概況
1.1處理工藝
該廠采用厭氧/缺氧/好氧/缺氧（AAOA）-MBR工藝，處理規(guī)模為10×104m3/d，現(xiàn)實(shí)際處理量為(6～8)×104m3/d。工藝流程如圖1所示。
圖1 工藝流程示意
該污水廠進(jìn)水為實(shí)際城市污水，其COD、BOD5、TP、TN、氨氮濃度范圍為57~348、21~168、2~8、18 ~50、5~50 mg/L,均值依次為206、75.4、4、29.7、22.7 mg/L；pH值范圍為7~7.6，均值為7.3；水溫在13~28℃之間波動(dòng)，均值為22℃。
1.2運(yùn)行參數(shù)
系統(tǒng)的SRT為18 d,厭氧段、缺氧段、好氧段、后置缺氧段、膜池的HRT分別為1.95、2.45、4.35、2.5、1.3 h，好氧段DO為0.2~1 mg/L，膜池的曝氣強(qiáng)度為60～90 m3/（m2·h），膜池至好氧池、好氧池至缺氧池、后置缺氧池至厭氧池的回流比分別為600%、500%、300%（設(shè)計(jì)值分別為400%、400%、200%），膜池的MLSS為10~25g/L，MLVSS/MLSS值為0.3~0.6（平均為0.4），膜通量為18～25 L/（m2·h），溫度為13~28℃。
運(yùn)行情況與分析
2.1高污泥濃度的產(chǎn)生
該廠設(shè)計(jì)的污泥濃度是在8~10 g/L，但由于在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)污泥脫水設(shè)備故障等問題，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常排泥、脫泥，污泥濃度逐漸升高（見圖2），最高約為26 g/L，2016年3月—2017年10月的610 d內(nèi)，膜系統(tǒng)在20 g/L以上的污泥濃度下連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長達(dá)100 d以上，系統(tǒng)的膜池MLSS濃度平均維持在18.4g/L左右，均屬于超高污泥濃度（圖2中相鄰污泥濃度變化幅度較大的主要原因是每天混合液取自不同膜池，主要反映系統(tǒng)整體污泥濃度變化趨勢）。然而，從膜系統(tǒng)跨膜壓差（TMP）及膜通量的變化（見圖3）可以看出系統(tǒng)整體并沒有崩潰，跨膜壓差平均為-24 kPa左右，對應(yīng)膜通量平均為18.4 L/（㎡·h左右）。在膜池MLSS濃度最高（超過20 g/L）的一段時(shí)間，膜系統(tǒng)的跨膜壓差較大，頻繁超過了-30 kPa，說明此階段膜污染嚴(yán)重，膜系統(tǒng)有一定的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，這段時(shí)間進(jìn)行了頻繁的化學(xué)清洗。在修復(fù)污泥脫水等設(shè)備后通過加大排泥量將污泥濃度降低，并進(jìn)行維護(hù)性清洗，使得膜系統(tǒng)的TMP恢復(fù)至正常區(qū)間。
圖2 系統(tǒng)污泥濃度變化
圖3 高污泥濃度下膜系統(tǒng)的通量及跨膜壓差變化
綜上所述，MLSS濃度在20g/L以內(nèi)時(shí)，膜池通過正常的在線化學(xué)清洗及根據(jù)壓差變化適當(dāng)增加清水反沖洗可實(shí)現(xiàn)膜系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但當(dāng)膜池MLSS增加至20g/L以上時(shí)，膜系統(tǒng)的運(yùn)行效果會(huì)明顯惡化，所以膜系統(tǒng)污泥濃度不宜超過20g/L。
2.2高污泥濃度下有機(jī)物及TP的去除效果
如圖4所示，在高污泥濃度下系統(tǒng)一直保持著良好的COD去除效果，系統(tǒng)的進(jìn)水COD平均約為206mg/L，出水COD平均約為14mg/L。此外，系統(tǒng)的進(jìn)水BOD5較低，平均約為75.4mg/L，進(jìn)水B/C約為0.36，表明生化性并不佳。然而，系統(tǒng)對有機(jī)物的去除效果依然很好，COD平均去除率可達(dá)90%以上，出水COD濃度穩(wěn)定優(yōu)于地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。
該系統(tǒng)主要是通過化學(xué)除磷，除磷藥劑為聚合氯化鋁（PAC）。盡管系統(tǒng)的進(jìn)水TP濃度波動(dòng)較大，但出水TP濃度基本穩(wěn)定在0.5mg/L以下，平均為0.25mg/L。由此可見，通過化學(xué)方式除磷基本不受超高污泥濃度的影響，但生物除磷能力是否收到了影響尚需進(jìn)一步研究。
圖4 系統(tǒng)進(jìn)出水COD及BOD5濃度變化
圖5 系統(tǒng)進(jìn)出水TP濃度變化
2.3高污泥濃度下系統(tǒng)的脫氮效果
該系統(tǒng)在高污泥濃度下一直保持著良好的硝化效果，氨氮平均去除率約為98.1%，出水氨氮濃度基本維持在1mg/L以下。同時(shí)，系統(tǒng)始終保持著良好的脫氮效果，TN平均去除率約為77.0%（第240 d左右有三天進(jìn)水TN較低，故TN去除率較低），出水TN平均濃度約為6.37mg/L。這表明系統(tǒng)的反硝化效果極佳，但從進(jìn)水BOD5濃度可以看出，進(jìn)水碳氮比不足3，并不適合反硝化脫氮，推測可能發(fā)生了內(nèi)源反硝化。
圖6 系統(tǒng)進(jìn)出水氨氮濃度變化
圖7 系統(tǒng)進(jìn)出水總氮濃度變化
2.4高污泥濃度下的內(nèi)源反硝化
雖然進(jìn)水BOD5濃度不高，但消耗的COD濃度還是遠(yuǎn)大于進(jìn)水BOD5濃度（紅色方格構(gòu)成的區(qū)域?yàn)閮烧卟钪担�，另外最終進(jìn)水COD基本都被降解，由此可見進(jìn)水中的COD主要為可降解但不易降解大分子有機(jī)物。
圖8 系統(tǒng)的碳氮比情況
2.5MBR系統(tǒng)在超高污泥濃度下的運(yùn)行管理
污水生物處理工藝的類型決定了其處理效果的上限，日常的運(yùn)行管理則保證了其處理效果的下限。為保障系統(tǒng)在超高污泥濃度下的運(yùn)行穩(wěn)定，該廠主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了強(qiáng)化管理：
（1）控制膜池回流量，充分利用膜池富余溶氧，同時(shí)配合調(diào)節(jié)生化池風(fēng)機(jī)風(fēng)量，針對四組生化池分別進(jìn)行風(fēng)量精確控制，采用梯度曝氣的方式，在保證NH3-N充分硝化的情況下，防止了好氧末端溶解氧過高，進(jìn)入缺氧和后缺氧池后影響反硝化和內(nèi)源反硝化效果。
（2）根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)水量和過程工藝參數(shù)的變化趨勢及時(shí)調(diào)整曝氣和回流量，處理好脫氮和除磷的關(guān)系，防止碳源在厭氧和好氧段過度消耗，從而保證碳源被充分利用于反硝化脫氮。
（3）由于污泥濃度較大，為防止污泥堆積在膜池，適當(dāng)提高了回流比，如表2所示，該系統(tǒng)在高污泥濃度下各段的回流比均大于設(shè)計(jì)值。但考慮的節(jié)能降耗因素，需在實(shí)際運(yùn)行過程中根據(jù)MLSS變化、進(jìn)水水質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整使得系統(tǒng)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)合理。
（4）在高污泥濃度下需要加強(qiáng)對膜池各項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)測，主要包括污泥濃度、跨膜壓差、過濾性、膜通量等，通過這些數(shù)據(jù)的變化和分析，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行方式，強(qiáng)化清洗。
（5）根據(jù)膜的污染情況靈活調(diào)整膜的清洗方式，通過調(diào)整浸泡藥劑的濃度、藥劑種類、清洗頻次、清洗流程來滿足膜清洗的需要，必要時(shí)配合離線清洗來控制膜污染。
（6）在高污泥濃度下加強(qiáng)及時(shí)排泥，保持污泥的活性，避免死泥的積累。
本文詳見2018年《中國給水排水》5月1日第9期“AAOA-MBR工藝在超高污泥濃度下的運(yùn)行”，作者為北京碧水源科技股份有限公司的劉紀(jì)成、張勇、陳春生、李善強(qiáng)、馬澤宇、熊曉麗。
本文參考文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)著錄格式：
劉紀(jì)成，張勇，陳春生，等. AAOA-MBR工藝在超高污泥濃度下的運(yùn)行[J]. 中國給水排水,2018,34(9):1-5.
Liu Jicheng, Zhang Yong, Chen Chunsheng,et al. Operation analysis of AAOA-MBR process in ultra- high sludge concentration[J]. China Water &Wastewater,2018,34(9):1-5(in Chinese).
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