高濃度有機廢水A2/O-MBR處理工藝養殖污水

對于COD 高、可生化性差的，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而在實踐中得到有效推廣，是當前解決此類廢水污染的一個重要突破方向〔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與膜分離技術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，具有出水水質好、占地面積小、剩余污泥近*等優點。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，之后進入好氧單元，膜組件在蠕動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。設置變頻器實現曝氣量的實時調整。整個工藝設兩個回流系統：一是將MBR 池內混合液回流至缺氧池以實現反硝化脫氮，二是將缺氧池內混合液回流至厭氧池以實現厭氧釋磷〔5〕。

高濃度有機廢水A2/O-MBR處理工藝養殖污水

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調節池的廢水，該化工廠主要生產乙酰基丁二酸二甲酯，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。根據工程實際及廢水水質狀況，采用A2/O－MBR 為主體工藝對該化工廠的廢水進行處理。為加快A2/O 池啟動速度，縮短微生物的馴化周期，試驗污泥取自廠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%，試驗用原水水質指標見表 1。

裝置運行穩定后對進、出水的常規項目進行檢測，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鍵問題，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。混合液部分回流至缺氧單元中進行反硝化（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 的去除效果見圖 2。

圖 2 系統對COD 的去除效果

由圖 2 可知，在不同運行時間條件下，A2/OMBR組合工藝對COD 的處理效果較為明顯，但進出水COD 隨運行時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，且不受進水水質和工況變化影響，說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A2/O-MBR 對COD 的去除過程中，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，使該類物質在反應器內有足夠的停留時間，與微生物的接觸機會大大增加，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A2/O-MBR 工藝長達1 個月的運行中，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*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行得比較*。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 和較長的污泥停留時間（SRT），有利于硝化菌的生長繁殖，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〕。當進水TN質量濃度在180~280 mg/L 之間時，MBR 出水中TN質量濃度在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進水色度在310~470 倍左右，經過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，可能是產生色度的物質累積造成的，在工程實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量的活性污泥在單位時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 去除率的影響見圖 4。

圖 4 污泥負荷對COD 去除率的影響

經過反應裝置中厭氧、缺氧和好氧等單元處理后，進入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，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，COD 去除率又呈下降趨勢。總體上，當污泥負荷為0.40~0.80 kg/（kg·d）時，COD 去除率達到89%以上。這說明當污泥負荷在0.40~0.55kg/（kg·d）時，污水中的有機物既能滿足污泥中微生物生長繁殖的需要，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 抽吸時間對膜過濾阻力的影響

停抽時間均取4 min，選取3 個抽吸時間（8、12、16 min）進行試驗，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，考察了抽吸時間對膜過濾阻力的影響。結果發現： 抽吸時間為8 min 和12 min 時的膜過濾阻力增加速率幾乎相同，而抽吸時間16 min 時的膜過濾阻力上升較快，說明抽吸時間超過一定范圍后，會加速膜污染。而抽吸時間為12 min 時能較好地維持膜通量，保持膜過濾性能的穩定。

2.6 膜通量對膜過濾阻力的影響

在A2/O-MBR 工藝運行中，隨著膜過濾進行，懸浮污泥及混合液中的一部分物質會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濾過程中的污染阻力來表征。系統運行時間愈長，污泥混合液的過濾阻力也愈大。試驗考察了在抽停時間分別為12、4 min，曝氣量在一定范圍時，兩組膜通量情況下的膜過濾阻力。結果表明：當運行時間增加時，膜過濾阻力也隨之增長，并且呈現正線性關系。膜通量不同，其線性關系的斜率也會有所差異。膜通量為13.6 L/（m2·h）時的膜過濾阻力上升速率要遠小于膜通量為22.1 L/（m2·h） 時的情況，即膜通量增大，膜過濾阻力明顯增大，且增加幅度要遠大于改變抽吸時間增加的幅度。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，使污泥層過濾阻力增大，膜污染速率呈增加趨勢，清洗周期逐漸變短。

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MBR 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，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，COD 去除率達到89%以上。

（3）當抽停時間分別為12、4 min 時，系統能保持膜過濾性能的穩定。隨運行時間的增加，膜過濾阻力呈線性增長。膜通量不同，其線性關系的斜率會有所差異。在一定條件下，膜過濾阻力隨膜通量增加而明顯增大，膜通量為13.6 L/（m2·h）時的膜過濾阻力上升速率要遠小于膜通量為22.1 L/（m2·h） 時的情況。