A2O-MBR及ECO組合工藝處理高濃度生活污水的脫氮除磷效果研究

馬錫敏，徐武東,馬立峰，張 建,夏仙兵,孔伊芳

(寧波中車時代傳感技術有限公司，浙江 寧波 315000)

A2O-MBR及ECO組合工藝處理高濃度生活污水的脫氮除磷效果研究

馬錫敏，徐武東,馬立峰*，張 建,夏仙兵,孔伊芳

(寧波中車時代傳感技術有限公司，浙江 寧波 315000)

脫氮除磷一直是生活污水處理的難點。A2O-MBR處理工藝受進水水質碳氮比、進水流量、活性污泥泥齡、環境溫度等因素影響較大，導致出水總氮、氨氮、總磷指標不穩定。針對以上問題，探索了A2O-MBR、ECO組合工藝處理高濃度生活污水的脫氮除磷效果。結果顯示該組合工藝對氨氮、總磷去除效果顯著，氨氮出水為0.313mg/L，總磷出水為0.25mg/L；出水總氮相對較高為15.2mg/L。通過組合工藝處理，出水氨氮、總氮、總磷均滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級B標要求。

脫氮除磷；A2O-MBR；ECO工藝；高濃度生活污水；一級B標

近年來，隨著城鎮污水處理廠提標改造工程的實施，部分地區對生活污水出水水質指標要求也越來越高。傳統的活性污泥法對生活污水中的化學需氧量、固體懸浮物、生化需氧量具有較好的處理效果。但由于受活性污泥馴化、進水水質碳氮比、進水量波動、排泥周期、環境溫度等因素限制，脫氮除磷效果波動較大。ECO(電催化氧化)污水處理工藝效率不受 pH、溫度、鹽度等因素影響，且抗負荷沖擊能力較強，在水處理領域有較好的運用[1]。當然在采用ECO處理生活污水過程中，也受到相關條件約束。當進水懸浮物含量濃度較高時，無法滿足ECO工藝要求的 SS≤35 mg/L 的進水標準[2]。

目前A2O-MBR及ECO組合工藝在海上平臺生活污水處理領域有較多的應用和研究。經過該組合工藝處理后，出水可達到。在生活污水處理領域應用較少。由于真空收集污水污染物濃度較高，經過A2O-MBR處理后氮、磷指標很難達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)標準要求。

探索新型組合工藝對脫氮除磷效果的研究，不僅可以提高高濃度生活污水處理效果，而且對一般生活污水提標改造具有一定可行性。本文根據A2O-MBR及ECO處理工藝的特點并結合相關文獻[3]，研究A2O-MBR、ECO組合工藝處理高濃度生活污水的脫氮除磷效果。

1 材料與方法

1.1 實驗裝置與運行參數

圖1 實驗裝置圖

Fig.1 experimental device diagram

圖2 工藝流程圖

2.2 實驗方法

實驗進水為高濃度生活污水，主要為沖廁廢水及洗手污水。污物收集系統與客車污物收集系統相類似，便器污水通過真空集污系統收集，由于真空收集用水量很少(單次耗水為500～800mL)，收集污水污染物濃度遠高于普通生活污水。進水水質參照取至K245次(泰州-成都)和1363次(北京-成都)密閉式集便器收集污水及實驗室實測進水水質指標，具體指標如表1所示。本研究為觀察電催化氧化對高濃度出水磷的處理結果，且在某些領域，如船舶航海、鐵路運輸、海上平臺，由于受到周邊環境等因素限制，影響設備排泥周期，研究組合工藝延長周期排泥對脫氮除磷效果影響具有重要的意義。故在本系統試驗研究過程中，未對A2O-MBR設備進行排泥處理，大量的磷富集在好氧區，導致生化處理后，超濾膜出水總磷指標濃度較高。

表1 進水水質特征 mg/L

電催化氧化過程采用鋁鈦合金為電解材料。鈦作為基體材料，導電性良好，屬于活潑金屬，在含氧環境中會在表面形成一層氧化物膜，化學穩定性好，耐腐蝕性強[4]。污水在電場作用下，生成氧化性極強的羥基自由基、活性氯等氧化劑，通過氧化作用去除COD、氨氮等污染物。部分氨氮在電化學反應器內被直接氧化或間接氧化為氮氣和氮氧化物。電催化氧化產生的可溶性[Al(OH)6]3-等多核羥基配合物或氫氧化物，可以作為混凝劑將磷酸鹽等物質吸附，通過沉淀、固液分離后去除。

電催化氧化電流密度、水力停留時間經過查閱相關文獻[5-7]并在實驗室大量實驗的基礎上確定。本方案控制電流密度為220A2/m2，電催化水力停留時間為15min。在電解過程中投加一定量催化劑，一方面加快反應速度，減少水力停留時間，另一方面減少電催化氧化電流強度，節省能源。進水通過催化氧化處理后，經過過濾器過濾后出水。電催化氧化主要化學方程式如下所示：

4OH--4e→2H2O+2[O]

(1)

2Cl--2OH-→2OCl-+H2↑+2e

(2)

Al3+-3OH-→Al(OH)3↓

(3)

(4)

3 結果與討論

3.1 A2O工藝脫氮除磷效果分析

高濃度生活污水經過A2O+MBR工藝處理后，氨氮、總氮濃度顯著降低，出水總磷濃度較高。一方面污泥未定期排放影響膜生物反應器對高濃度生活污水除磷效果；另一方面，過量的總磷為接下來電催化氧化除磷提供研究數據。A2O工藝出水氨氮、總氮、總磷均未達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級B標要求。考慮ECO進水水質對懸浮物濃度有一定要求，故對A2O+MBR工藝出水懸浮物進行檢測。經過平板膜過濾后，出水懸浮物濃度為16mg/L，滿足一級B標要求，肉眼觀察出水為透明、淡黃色液體。實測值與標準值比較如下圖所示。

圖3 A2O工藝出水水質指標

3.2 ECO工藝脫氮除磷效果研究

經過膜生物反應器處理過的污水考慮采用ECO工藝進行深度脫氮除磷處理。ECO工藝脫氮除磷效果如表2所示。

通過水質檢測結果顯示，ECO工藝對氨氮、總磷去除效果顯著。其中氨氮出水含量為0.313mg/L，去除率為96.2%；總磷出水含量為0.25mg/L，去除率為99.4%。總氮去除效果較氨氮、總磷相對不理想，總氮去除率為40%。主要原因為氨氮通過電催化氧化作用轉化為氮氣及氮氧化合物，其中氮氣從水中溢出，氮氧化物仍留在水體內，包含在總氮指標中。各指標出水含量滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級B標要求。氨氮、總氮、總磷實測值與標準值比較如下圖所示。

圖4 ECO工藝出水水質指標

A2O-MBR與ECO組合工藝對脫氮除磷具有一定效果。通過改變電流密度、電解槽水力停留時間等參數觀察最終出水水質。未發現電催化氧化同步對氨氮、總氮、總磷均有較好去除效果，通過改變相關參數，氨氮、總磷去除效果差異性顯著，總氮變化較小，這與A2O-MBR工藝、ECO工藝不同工作原理及脫氮除磷原理有關。由于脫氮除磷對周圍環境需求不一樣，很難在同一段工藝下同步達到高效率脫氮除磷的目的。

表2 A2O-MBR耦合ECO工藝脫氮除磷效果

4 結論

通過對A2O-MBR、ECO組合工藝處理高濃度生活污水脫氮除磷效果的研究，結果顯示：

(1)該組合工藝對除磷效果顯著。由于A2O-MBR設備未定期進行排泥，生化處理后超濾膜出水總磷含量較高。通過ECO工藝處理后，總磷為0.25mg/L，去除率為99.4%，處理效果良好。A2O-MBR段總磷去除效果受污泥泥齡影響顯著，經過ECO工藝處理后，可顯著提高處理效果。在海洋船舶、海上鉆井平臺等領域，由于受周邊環境因素等限制，污泥排泥周期較長。在延長A2O-MBR設備排泥周期同時，污水經過ECO工藝處理仍可達到相關排放標準要求。同時可以為農村生活污水提標改造提供指導意義。

(2)生化處理后，總氮含量顯著降低。經過電催化氧化工藝處理，總氮去除率為40%。總氮去除效果在A2O-MBR段顯著，ECO去除效果欠佳。在組合系統運行過程中，可調節A2O-MBR段相關參數提高總氮去除率[8-9]。

(3)氨氮去除效果良好。經過膜生物反應器處理，進水中大量氨氮得到去除。膜生物反應器出水經過電催化氧化處理后，處理效果顯著。可以看出A2O-MBR、ECO工藝對氨氮均有較好的去除效果。

本研究旨在通過不同污水處理工藝組合，研究系統整體脫氮除磷的效果。由于受不同條件制約，在同一工藝段很難達到同步高效脫氮除磷的目的。通過調整、優化各工藝段的技術參數，發揮組合工藝各段處理特定污染物的優勢，從而達到高效脫氮除磷的目的。

[1] 張重德,閆 肅,滕厚開,等. ECO一體化反應器處理海上平臺生活污水試驗研究[J].工業水處理,2014,34(5):73-75.

[2] 伍 波,李 鵬,張 波,等.負載型粒子電極電催化氧化苯酚的研究[J].中國環境科學,2015,35(8):2426-2432.

[3] 黃彥鋒,李洪濤,段敬堯,等. MBR耦合ECO處理海上平臺生活污水技術研究[J].工業水處理,2016,36(8):28-31.

[4] 趙 瑾. 電催化高級氧化技術處理沖廁海水研究[D].天津:天津大學,2012.

[5] 鄭國河.電催化降解飲用水硝酸鹽的實驗研究[D].西安：陜西師范大學,2009.

[6] 秦靜靜. 電化學催化氧化法處理含氮廢水的研究[D].西安：陜西科技大學,2016.

[7] 國家環保局.GB 8978-1996,污水綜合排放標準[S].北京：中國標準出版社，1998.

[8] 李思敏，杜國帥，唐鋒兵.改良A2/O工藝對低碳源污水的脫氮除磷性能分析[J].中國給水排水,2013,29(12):25-29.

[9] 張 辰,譚學軍.復合倒置A2/O工藝優化運行參數研究[JJ].給水排水,2009,35(11):25-28.

StudyontheNitrogenandPhosphorusRemovalEffectofDomesticSewageofHighConcentrationswithA2O-MBRandECOCombinationProcess

MaXimin,XuWudong,MaLifeng*,ZhangJian,XiaXianbing,KongYifang

(Ningbo Crrc Times Transducer Technology Co., Ltd.,Ningbo 315000,China)

Nitrogen and phosphorus removal has been the difficulty of domestic sewage treatment. A2O-MBR treatment process is affected by factors such as carbon and nitrogen ratio, influent flow rate, activated sludge age and ambient temperature, which leads to the instability of total nitrogen, ammonia and total phosphorus. In view of the above problems, the study of A2O-MBR and ECO combined treatment on denitrification and dephosphorization of high concentration domestic sewage were explored. The results showed that the combined process had significant effect on ammonia and total phosphorus removal, ammonia was 0.313mg/L, the total phosphorus effluent was 0.25mg/L, and the total nitrogen content was 15.2mg/L.By combining process, the discharge ammonia nitrogen, total nitrogen and total phosphorus meet the requirements of grade B of the《Discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant》(GB18918-2002).

nitrogen and phosphorus removal; A2O-MBR; ECO process; high concentration of domestic sewage;requirements of grade B

2017-09-28

馬錫敏(1976—)，四川西充人，高級工程師;通訊作者：馬立峰。

X703

A

1008-021X(2017)22-0168-03

(本文文獻格式：馬錫敏，馬立峰，徐武東,等.A2O-MBR及ECO組合工藝處理高濃度生活污水的脫氮除磷效果研究[J].山東化工，2017，46(22)：168-170.)