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(huì)斌
（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)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(duì)其工藝流程、應(yīng)用效果，尤其是脫氮除磷效果進(jìn)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(dá)到GB 18918-2002一級(jí)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(jìn)水水質(zhì)及進(jìn)水有機(jī)物組成等影響，其中是否有足夠的可被生物降解有機(jī)物（BCOD）和快速溶解性易降解有機(jī)物（SS）是決定MBR系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)高效生物脫氮和生物除磷的決定性因素。當(dāng)進(jìn)水BCOD/TN和SS/TP較低時(shí)，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(dá)標(biāo)。
0引言
隨著我國(guó)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(diǎn)，在污水處理方面的應(yīng)用進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。近年來在國(guó)內(nèi)新一輪污水處理廠升級(jí)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(jí)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(duì)其工藝流程、運(yùn)行效果和脫氮除磷效率進(jìn)行分析比較，旨在為MBR工藝設(shè)計(jì)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(jì)型式主要以傳統(tǒng)A2/O及其改進(jìn)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(jì)流程，其特點(diǎn)是設(shè)置兩段缺氧區(qū)，并通過控制進(jìn)水與回流點(diǎn)調(diào)節(jié)兩段缺氧區(qū)的功能。進(jìn)水方式采用厭氧區(qū)和第一缺氧區(qū)兩點(diǎn)進(jìn)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(jí)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(jì)流程，其特點(diǎn)是通過設(shè)置后置缺氧段強(qiáng)化內(nèi)源脫氮效果。進(jìn)水方式采用厭氧區(qū)單點(diǎn)進(jìn)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(jí)回流方式。
C廠采用厭氧-缺氧-好氧-膜池工藝設(shè)計(jì)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(yùn)行方式。進(jìn)水方式采用厭氧區(qū)單點(diǎn)進(jìn)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(jí)回流方式。
1.2運(yùn)行參數(shù)
調(diào)研4座MBR工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)如表2所示。
2運(yùn)行效果
2.1進(jìn)水水質(zhì)
對(duì)4座MBR工程進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表3所示。由表3可知，A廠和B廠進(jìn)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(dá)到40%和43%，且進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大。而C廠和D廠進(jìn)水以生活污水為主，進(jìn)水可生化性較好，進(jìn)水B/C達(dá)到0.43～0.47。
此外，為了更好掌握4座污水處理廠進(jìn)水有機(jī)物組成，對(duì)4座污水處理廠進(jìn)水有機(jī)物中快速溶解性易降解有機(jī)物（SS）、慢速顆粒性可降解有機(jī)物（XS）、溶解性不可降解有機(jī)物（SI）及顆粒性不可降解有機(jī)物（XI）含量進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖1所示。
由圖1可知，A廠進(jìn)水溶解性易降解有機(jī)物僅占17.31%，而慢速顆粒性可降解有機(jī)物占35.51%，總可被生物降解有機(jī)物含量BCOD占53%左右，且以慢速可降解有機(jī)物為主；B廠進(jìn)水溶解性易降解有機(jī)物和慢速顆粒性可降解有機(jī)物分別占41.13%和31.53%，總可被生物降解有機(jī)物含量BCOD占73%左右；C廠進(jìn)水溶解性易降解有機(jī)物和慢速顆粒性可降解有機(jī)物分別占41.72%和22.73%，總可被生物降解有機(jī)物含量BCOD占65%左右，且以溶解性易降解有機(jī)物為主；D廠進(jìn)水溶解性易降解有機(jī)物和慢速降解顆粒性有機(jī)物分別占35.98%和39.91%，總可被生物降解有機(jī)物含量BCOD占75%左右。
2.2有機(jī)物和SS去除效果
4座MBR工程出水有機(jī)物和SS濃度如表4所示。由表4可知，不同MBR處理工程對(duì)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(dá)到88%、97%和97%以上，出水優(yōu)于GB18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。有機(jī)物去除效果較穩(wěn)定，受進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)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(shí)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(dá)到96%以上，出水濃度優(yōu)于GB 18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)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(dá)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(zhǎng)，有利于世代周期較長(zhǎng)的硝化細(xì)菌大量繁殖，實(shí)現(xiàn)硝化菌的富集馴化，強(qiáng)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(gè)數(shù)量級(jí)，這種強(qiáng)化作用補(bǔ)償了冬季低溫對(duì)系統(tǒng)硝化效果的不利影響。
2．4脫氮效果
對(duì)不同MBR工程脫氮效果進(jìn)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(jìn)水水質(zhì)不同而差異較大，A、B和C廠進(jìn)水COD/TN均較高、平均達(dá)到9.5以上，但進(jìn)水有機(jī)物組成差異較大。由進(jìn)水有機(jī)物組成分析可知，A廠可被生物降解有機(jī)物BCOD僅占總有機(jī)物含量的53%左右，且以慢速可降解有機(jī)物為主，進(jìn)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(jī)物BCOD均占總有機(jī)物含量的65%以上，且以溶解性易降解有機(jī)物為主，進(jìn)水平均BCOD/TN達(dá)到7.63和6.47，導(dǎo)致A廠脫氮效果要低于B廠和C廠。可知進(jìn)水可被生物降解有機(jī)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(duì)MBR系統(tǒng)脫氮效果產(chǎn)生影響（見圖2）�？傮w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(jìn)水可被生物降解有機(jī)物含量不足時(shí)，無法保證出水總氮達(dá)到GB 18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，需外加碳源強(qiáng)化脫氮效果。由圖2可知，A廠夏季進(jìn)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(jìn)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(dá)標(biāo)。B廠夏季進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)水BCOD/TN較高，冬季無需外加碳源即可保證TN基本達(dá)標(biāo)。D廠夏季進(jìn)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(jìn)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(yùn)行負(fù)荷較低，冬季無需外加碳源即可保證TN基本達(dá)標(biāo)。
總之，MBR系統(tǒng)脫氮效果主要受水溫、進(jìn)水有機(jī)物總量及進(jìn)水有機(jī)物構(gòu)成等影響，其中是否有足夠的可被生物降解有機(jī)物BCOD濃度是決定MBR系統(tǒng)能否實(shí)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(shí)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(duì)不同MBR工程除磷特性進(jìn)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(jìn)水含工業(yè)廢水，進(jìn)水中含有較高濃度的鐵鋁等金屬離子，且進(jìn)水總磷以顆粒性磷為主，從而金屬離子與進(jìn)水中磷酸鹽直接進(jìn)行反應(yīng)生成沉淀物，加上膜組件對(duì)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(chǎng)調(diào)研測(cè)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(jìn)水主要以生活污水為主，進(jìn)水可生化性較好，進(jìn)水有機(jī)物組分分析可知，兩廠進(jìn)水溶解性易降解有機(jī)物SS所占比例較高。其中C廠進(jìn)水平均SS/TP達(dá)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(jìn)行化學(xué)除磷； D廠平均SS/TP為23.28，但由于實(shí)際運(yùn)行過程中SRT控制較長(zhǎng)，最高達(dá)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(dá)標(biāo)。
總之，MBR工藝除磷效果主要受進(jìn)水有機(jī)物組成、進(jìn)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(jī)物濃度是決定MBR系統(tǒng)能否實(shí)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(shí)SRT越長(zhǎng)，去除總磷所需的溶解性易降解有機(jī)物濃度越高。
3結(jié)論
（1）MBR工藝處理城鎮(zhèn)污水時(shí)，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(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)受水溫、水質(zhì)波動(dòng)影響較小，抗沖擊能力較強(qiáng)。
（2）MBR工藝處理城鎮(zhèn)污水時(shí)，脫氮效果主要受水溫、進(jìn)水有機(jī)物及進(jìn)水有機(jī)物組成等影響，其中是否有足夠的可被生物降解有機(jī)物BCOD含量是決定系統(tǒng)能否實(shí)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(shí)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(shí)，除磷效果主要受進(jìn)水磷組成、進(jìn)水有機(jī)物組成及SRT的影響，其中是否有足夠的溶解性易降解有機(jī)物SS含量是決定系統(tǒng)能否實(shí)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(shí)膜組件的設(shè)置可提高系統(tǒng)對(duì)出水顆粒態(tài)和膠體態(tài)磷的截留去除。
參考文獻(xiàn)略
本文來自《給水排水》雜志2015年第5期。
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