三段進(jìn)水對3AO-MBBR一體化生活污水處理設(shè)備脫氮除磷效率的影響研究

袁書林

（四川興環(huán)科環(huán)保技術(shù)有限公司，四川 綿陽 621000）

我國一體化生活污水處理設(shè)備起步較晚，但發(fā)展勢頭迅猛。工藝有生物轉(zhuǎn)盤、SBR、AO、A2O、MBR、MBBR等[1]。一體化污水設(shè)備具有占地面積小、管理運(yùn)行方便、節(jié)約管網(wǎng)投資等優(yōu)點(diǎn)而受到推崇[2]。但從其運(yùn)行效果看，氮磷超標(biāo)較多，出水不能穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級B標(biāo)準(zhǔn)。

1 3AO-MBBR工藝優(yōu)勢

A2O工藝回流的硝態(tài)氮進(jìn)入?yún)捬醭兀瑫趨捬醭貎?nèi)進(jìn)行反硝化，產(chǎn)生游離氧破壞厭氧環(huán)境，反硝化微生物爭奪釋磷菌所需碳源，這都會對生物除磷產(chǎn)生不利影響。3AO在A2O工藝前端增設(shè)預(yù)缺氧池，有更高效的脫氮除磷效果[3]。原因是：回流污泥中攜帶的硝酸鹽在預(yù)缺氧池已經(jīng)消耗殆盡，消除了硝態(tài)氮對后續(xù)厭氧池除磷的不利影響，從而提高厭氧池的穩(wěn)定性和生物除磷效果，并且微生物厭氧釋磷后直接進(jìn)入生化效率較高的好氧環(huán)境，使其在厭氧條件下形成的吸磷動力得到更有效的利用[4]。

MBBR工藝中，移動填料表面生物膜從內(nèi)到外形成厭氧區(qū)/缺氧區(qū)/好氧區(qū)的結(jié)構(gòu)，這為不同種群的微生物生長提供了良好的環(huán)境和相對獨(dú)立的空間，因而具有實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化脫氮除磷的良好條件，特別適合低C/N（碳氮比）污水的生物脫氮[5]。針對城鎮(zhèn)污水廠提標(biāo)建設(shè)的核心任務(wù)是提高TN、TP等的去除效果，結(jié)合3AO、MBBR工藝的優(yōu)勢，在3AO中的好氧區(qū)投放一定比例的懸浮生物填料，形成3AOMBBR組合工藝的一體化生活污水處理設(shè)備。

實(shí)際工程應(yīng)用中碳源對脫氮除磷很大，張小玲等通過試驗(yàn)得出，COD/TN=6.4，總氮去除效率高于85%[6]。榮宏偉等人通過研究發(fā)現(xiàn)，在生物除磷過程中去除1 mg溶解磷大約需要20 mgVFA-COD[7]。小城鎮(zhèn)生活污水中低碳源是很普遍的，在不投加碳源的前提下，本試驗(yàn)通過分析預(yù)缺氧池、厭氧池和缺氧池三段進(jìn)水的不同占比，研究該工藝出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級A標(biāo)準(zhǔn)的可行性。

2 中試試驗(yàn)

2.1 3AO-MBBR一體化生活污水處理設(shè)備

2.1.1 工藝流程及工藝參數(shù)

該一體化生活污水處理設(shè)備為中試設(shè)備，工藝流程如圖1所示，采用3AO與MBBR結(jié)合工藝。工藝參數(shù)：預(yù)缺氧池水力停留時(shí)間（HRT）0.5 h，厭氧池HRT=1.5 h，缺氧池HRT=4.0 h，好氧池HRT=7.0 h，沉淀池表面負(fù)荷：1.0 m3/（m2·h）；氣水比為8:1；好氧池聚氨酯懸浮填料投加比例為30%，混合液體回流量為300%，污泥回流量為100%，混合液回流、污泥回流采用氣提回流，達(dá)到節(jié)能目的，排泥通過電動閥自動進(jìn)行。

圖1 設(shè)備工藝流程

2.1.2 進(jìn)水水質(zhì)及處理水量

處理污水為某安置小區(qū)生活污水，污水成分相對單一，無工業(yè)廢水。中試設(shè)備處理水量為30 m3/d（相當(dāng)于1.5 m3/h），進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。

2.1.3 設(shè)備尺寸

一體化生活污水處理設(shè)備尺寸為6.3 m×2.0 m×2.5 m，設(shè)備平面圖如圖2所示，采用6 mm碳鋼，內(nèi)部環(huán)氧煤瀝青制作，設(shè)備間放置回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)、管式紫外消毒器、控制柜、電磁閥、電動閥和電磁流量計(jì)。

2.2 中試內(nèi)容

對比預(yù)缺氧池、厭氧池、缺氧池不同的進(jìn)水占比，找到最佳的分段進(jìn)水占比。關(guān)于進(jìn)水比例，通過調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門控制流量，每個(gè)進(jìn)水占比下設(shè)備連續(xù)運(yùn)行7 d，水質(zhì)每天取樣測試2次，取平均值。對比最佳三段分段進(jìn)水與單點(diǎn)進(jìn)水的試驗(yàn)，比較分析TN、TP的去除率，單點(diǎn)進(jìn)水即采用A2O工藝。

圖2 設(shè)備尺寸

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

2.3 中試水質(zhì)分析方法

TN、TP、氨氮、硝態(tài)氮和COD分別采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法、鉬銻抗分光光度法、納氏試劑分光光度法、紫外分光光度法和重鉻酸鉀法測定，參照《水和廢水檢測分析方法》。pH、DO、溫度分別采用便攜式pH計(jì)、溶氧儀和溫度計(jì)測量。

3 結(jié)果與討論

3.1 預(yù)缺氧段不同進(jìn)水占比對TN、TP的影響

固定厭氧段進(jìn)水流量為0.6 m3/h，占40%。由圖3可知，調(diào)節(jié)預(yù)缺氧段進(jìn)水流量，流量在0～10%時(shí)，出水TP隨著進(jìn)水占比的增大而減小，說明預(yù)缺氧段分配的進(jìn)水比例越高，硝態(tài)氮對后續(xù)厭氧池除磷的不利影響越小，厭氧釋磷越多，出水TP濃度越低。同時(shí)，這也說明在設(shè)備預(yù)缺氧區(qū)進(jìn)水能有效提高總磷的去效率。流量在10%～20%時(shí)，TP隨著進(jìn)水占比的增大趨于穩(wěn)定，流量在20%～50%時(shí)，TP隨著進(jìn)水占比的增大而增加，主要原因是回流污泥中硝態(tài)氮只需要10%的進(jìn)水占比，就能滿足反硝化需要的碳源。預(yù)缺氧段進(jìn)水占比對TN去除無明顯影響，通過以上分析可知，預(yù)缺氧段進(jìn)水流量為10%最佳。

圖3 預(yù)缺氧池進(jìn)水占比（%）

3.2 厭氧段、好氧段最佳進(jìn)水占比

固定預(yù)缺氧段進(jìn)水流量為0.15 m3/h，占10%。由圖4可知，調(diào)節(jié)厭氧段進(jìn)水流量，隨著厭氧進(jìn)水占比增加，TP濃度呈下降趨勢，變化范圍在0.40～0.62 mg/L，TN濃度呈上升趨勢，變化范圍在12.5～17.0 mg/L，說明預(yù)缺氧進(jìn)水占比不變，厭氧段進(jìn)水占比越高，出水TP越低，缺氧段進(jìn)水占比越高，出水TN越低。TP、TN均滿足一級A時(shí)，厭氧段進(jìn)水占比為40%，缺氧段進(jìn)水占比為50%，通過以上分析可知，3AO-MBBR一體化生活污水處理設(shè)備三段進(jìn)水的最佳占比為：預(yù)缺氧段為10%，厭氧段為40%，缺氧段為50%。

3.3 單點(diǎn)進(jìn)水與最佳三段進(jìn)水的比較

圖4 厭氧池進(jìn)水占比（%）

前10 d為厭氧段單點(diǎn)進(jìn)水，第11 d起按最佳三段占比進(jìn)水。由圖5、圖6可知，三段進(jìn)水前TN變化范圍為22.1～22.4 mg/L，TN去除效率均值為50.7%；TP變化范圍為1.60～1.62 mg/L，TP去除效率均值為59.8%，三段進(jìn)水后，出水TN、TP逐漸降低，20 d后即基本達(dá)到穩(wěn)定。穩(wěn)定期TN濃度均值為11.9～13.0 mg/L，TN去除效率均值為72.3%，較單點(diǎn)進(jìn)水去除效率提高21.6%；TP濃度均值為0.38～0.42 mg/L，TP去除效率均值為90.1%，較單點(diǎn)進(jìn)水去除效率提高30.3%。試驗(yàn)表明，在最佳三點(diǎn)進(jìn)水下運(yùn)行，TN、TP去除效率顯著提高，能穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 三段進(jìn)水前后出水TN濃度及去除效率變化

4 結(jié)論

試驗(yàn)表明，3AO-MBBR一體化生活污水處理設(shè)備增設(shè)預(yù)缺氧區(qū)，回流污泥中硝態(tài)氮在該區(qū)域消耗完全，消除了硝態(tài)氮對后續(xù)厭氧池釋磷的不利影響，能有效提高TP的去除效率。同時(shí)，三段進(jìn)水不同占比的試驗(yàn)表明，最佳的進(jìn)水占比為：預(yù)缺氧段10%，厭氧段40%，缺氧段50%。在最佳三段進(jìn)水下運(yùn)行，預(yù)缺氧池分配的進(jìn)水能滿足回流硝態(tài)氮反硝化所需碳源，厭氧池進(jìn)水能滿足釋磷菌釋磷過程所需碳源，缺氧池進(jìn)水能滿足混合液回流反硝化脫氮所需碳源，TN、TP去除效率顯著提高，能穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。

圖6 三段進(jìn)水前后出水TP濃度及去除效率變化

最佳三段進(jìn)水與單點(diǎn)進(jìn)水的運(yùn)行結(jié)果對比表明，出水TN濃度均值11.9～13.0 mg/L，TN去除效率較單點(diǎn)進(jìn)水提高21.6%；出水TP濃度均值0.38～0.42 mg/L，TP去除效率較單點(diǎn)進(jìn)水提高30.3%。目前，國家污水廠提標(biāo)改造，難點(diǎn)是TN、TP不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，使用3AO-MBBR一體化生活污水處理設(shè)備，并在最佳三段進(jìn)水占比下運(yùn)行，解決了進(jìn)水碳源分配及低碳源問題，能有效提高總氮、總磷的去除效率。