膜-序批式生物反应器同步脱氮除磷试验研究

SOUTHWESTWATER&WASTEWATERVol.31No.12009西南给排水膜-序批式生物反应器同步脱氮除磷试验研究＊张玉翠张雁秋张传义王晓鹿飞孙开蓓李艳芬%%%%%%摘要研究了膜-序批式工艺处理生活污水的特性，采用厌氧（A）-好氧(O)-缺氧（A）+膜出水的运行方式，1h搅拌进水进行磷的厌氧释放，0.5h好氧吸磷和硝化，0.5h缺氧搅拌进行脱氮和反硝化除磷，在总的水力停留时间为11小时的条件下，系统对氨氮、总氮、总磷的平均去除率分别达到了95.97%，89.18%和90%。周期试验发现，好氧吸磷和反硝化除磷对磷去除贡献率分别为72.90%和17.25%，系统有较好的反硝化除磷功能，同时系统还存在同步硝化反硝化作用，对TN的去除占总去除率的16.50%。关键词M-SBR脱氮除磷反硝化除磷膜生物反应器（MBR）是膜分离技术与生物处理技术相结合的一种新型污水处理技术。该技术于上世纪60年代用于污水处理研究，在80年代得到快速发展[1]。近年来，对MBR及其改良工艺的研究不断增多，膜序批式生物反应器（M-SBR）将SBR与MBR相结合，融合了二者的优点[2]：无需二沉池和污泥回流，工艺简单，占地面积小，有机物去除率高，脱氮除磷效果好，间歇运行减小膜污染，可直接回用等。本文以模拟生活污水为研究对象，采用厌氧-好氧-缺氧+膜（即M-SBR）出水的运行方式，考察了系统的脱氮除磷性能，同时对氮磷的去除机理进行了周期分析。1试验材料与方法1.1试验装置与流程MBR试验装置系统如图1所示。MBR反应器采用无机玻璃制作，长×宽×高=250mm×130mm×500mm，有效容积为10L。膜组件采用聚丙烯中空纤维膜，其膜孔径为0.1μm，膜面积为0.2m2。反应器中设置搅拌器，以保证活性污泥在非曝气阶段处于悬浮状态，泥水混合均匀。同时设置砂头和穿孔管两种曝气方式，分别用于曝气和出水两个阶段。系统采用厌氧→好氧→缺氧的运行方式，通过时间继电器控制周期运行。厌氧期间搅拌进水，为保证有效释磷和碳源的充分利用，采用长时间低流量的进水方式；随后进行砂头曝气，是摄磷、硝化及去除有机物的主要阶段；而缺氧段则利用好氧产生的硝态氮进行反硝化脱氮并实现反硝化除磷的目的；出水采用负压恒流的抽吸方式，同时利用穿孔管曝气以减缓膜污染。图1MSBR试验装置1.2试验用水试验采用人工配水，主要成分有：葡萄糖、淀粉、氯化铵（NH4Cl）、碳酸氢钠（NaHCO3）、磷酸二氢钾（KH2PO3）及硫酸钙（CaSO4·nH2O）、硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）、硫酸镁（MgSO4·7H2O）等微量元素，其中进水COD为250～400mg/L，NH3-N为16～30mg/L，TP为3～8mg/L。1.3分析方法溶解氧（DO）采用溶解氧自动测定仪，COD采用重铬酸钾法，TN采用紫外分光光度法，TP采用钼酸铵分光光度法，NH3-N采用钠氏试剂分光光度法，MLSS采用重量法，温度采用普通水银温度计。*基金项目：江苏省研究生创新计划（CX07B-173Z）；中国矿业大学科技基金（0P061059）加药泵鼓风机进水泵压差计控制阀膜组件出水泵穿孔曝气管流量计电控系统加药箱16··SOUTHWESTWATER&WASTEWATERVol.31No.12009西南给排水４５４０３５３０２５２０１５1050总氮浓度／mg＊L-110０806０402０去除率％051015202530354045天数／d2结果与讨论2.1NH3-N的去除如图2所示，通过比较进、出水和反应器中上清液的氨氮浓度，可以看出在曝气即硝化时间为0.5h时，上清液中氨氮平均浓度为0.99mg/L，出水平均浓度为0.86mg/L，去除率分别为95.35%和95.97%。这和大多数学者的研究相同[3-4]：出水NH3-N浓度和反应器内混合液的NH3-N浓度基本相同，微滤膜对小分子物质无截留作用，NH3-N的去除主要靠微生物的硝化和同化作用来完成。由于MBR反应器可以实现水力停留时间和泥龄的完全分离，维持系统较长的泥龄，保证硝化菌的正常生长；同时，膜丝对微生物有效的截留作用保证了装置中高浓度的硝化菌，二者的共同作用使硝化菌种充足。由试验数据可以看出，在控制曝气时反应器中的DO=3.6mg/L时，30min的曝气即可满足系统的硝化要求。图2氨氮的去除效果2.2TN的去除M-SBR在曝气、搅拌阶段分别进行硝化和反硝化反应，使系统的脱氮效果很好。从图3可见，上清液中总氮的平均去除率为88.27%，系统的平均去除率为89.18%。当进水总氮从20mg/L～40mg/L变化时，出水总氮浓度均低于5mg/L，且大部分出水在1～3mg/L。可见，MBR不仅能提高出水水质，而且具有很强的抗冲击负荷能力。远远高于普通序批式活性污泥法对总氮的去除，主要