脫氮除磷新工藝論文SBR

1、序批式生物反應器工藝摘要本文綜述了在污水脫氮除磷方面，SBR工藝具有工藝流程簡單、控制靈活、造價低、良 好的處理效果、較高的脫氮除磷效果、良好的污泥沉降性能。但SBR系統(tǒng)沉淀和分離性能不 夠理想，且設備閑置率較高，池容利用率低，從而影響SBR大規(guī)模應用。而膜-序批式生物 反應器（MSBR）講MBR與SBR相結(jié)合，融合二者的優(yōu)點于一體。MSBR保留了傳統(tǒng)MBR 長泥齡的特性，且生物活性高，吸附降解有機能力強，世代時間長的硝化菌，亞硝化菌能較 好增長，消化能力得以提高。關鍵詞現(xiàn)狀新技術脫氮除磷SBR引言社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，對水質(zhì)環(huán)境的要求越來越高，傳統(tǒng)的生物處理 工藝難以滿足嚴格的

2、污水排放要求。經(jīng)濟發(fā)展所帶來的水資源日益短缺也迫切要求開發(fā)合適 的污水資源化技術，以緩解水資源的供需矛盾。近年來各種新型、改良型的高效廢水處理技 術應運而生，其中膜分離技術，特別的膜生物反應器組合工藝在廢水處理中的應用格外引人 注目。膜-序批式生物反應器以不同C/P比對該工藝的影響進行研究，并對低碳高磷水的處 理提出改進措施，已解決南方城市污水低碳高氮磷的問題，實現(xiàn)氮磷達標排放，為改良現(xiàn)有 污水生物脫氮除磷工藝提供一個新思路。材料與方法實驗裝置與流程MBR試驗裝置系統(tǒng)如圖1所示。MBR反應器采用有機玻璃制作，長X寬X高=250mm X 130mmX 500mm，有效容積為10L。膜組件采用聚丙

3、烯中空纖維膜，其膜孔徑為0.1以 m，膜面積為0.2m2。反應器中設置攪拌器，以保證活性污泥在非曝氣階段處于懸浮狀態(tài)， 泥水混合均勻。同時設置砂頭和穿孔管兩種曝氣方式，分別用于曝氣和出水兩個階段。系 統(tǒng)采用厭氧一好氧一缺氧的運行方式，通過時間繼電器控制周期運行。厭氧期間攪拌進水， 為保證有效釋磷和碳源的充分利用，采用長時間低流量的進水方式；隨后進行砂頭曝氣，是 攝磷、硝化及去除有機物的主要階段；而缺氧段則利用好氧產(chǎn)生的硝態(tài)氮進行反硝化脫氮并 實現(xiàn)反硝化除磷的目的；出水采用負壓恒流的抽吸方式，同時利用穿孔管曝氣以減緩膜污染。圖一 MSBR實驗裝置實驗用水試驗采用人工配水，主要成分有:葡萄糖、淀

4、粉、氯化銨（NH4C1）、碳酸氫鈉（NaHCO3）、 磷酸二氫鉀（KH2PO3）及硫酸鈣（CaSO4nH2O）、硫酸亞鐵（FeSO4 7H2O）、硫酸鎂 （MgSO4 7H2O）等微量元素，其中進水 COD 為 250400mg/L, NH3-N 為 1630mg/L, TP 為 38mg/L。分析方法溶解氧（DO）采用溶解氧自動測定儀，COD采用重鉻酸鉀法，TN采用紫外分光光度 法，TP采用鉬酸銨分光光度法，NH3-N采用鈉氏試劑分光光度法，MLSS采用重量法，溫度 采用普通水銀溫度計。表一操作參數(shù)h效容桐.爪HF1LL11?ET-il353-4周鈕T）An：n膜兩址S結(jié)果NH3-N的去除如

5、圖2所示，通過比較進、出水和反應器中上清液的氨氮濃度，可以看出在曝氣即硝化時間為0.5h時，上清液中氨氮平均濃度為0.99mg/L，出水平均濃度為0.86mg/L,去除率 分別為95.35%和95.97%。這和大多數(shù)學者的研究相同3-4:出水NH3-N濃度和反應器 內(nèi)混合液的NH3-N濃度基本相同，微濾膜對小分子物質(zhì)無截留作用，NH3-N的去除主要靠 微生物的硝化和同化作用來完成。由于MBR反應器可以實現(xiàn)水力停留時間和泥齡的完全 分離，維持系統(tǒng)較長的泥齡，保證硝化菌的正常生長；同時，膜絲對微生物有效的截留作用 保證了裝置中高濃度的硝化菌，二者的共同作用使硝化菌種充足。由試驗數(shù)據(jù)可以看出，在 控

6、制曝氣時反應器中的DO=3.6mg/L時，30min的曝氣即可滿足系統(tǒng)的硝化要求。圖二氨氮的去除效果總氮的去除M-SBR在曝氣、攪拌階段分別進行硝化和反硝化反應，使系統(tǒng)的脫氮效果很好。從圖 3可見，上清液中總氮的平均去除率為88.27%，系統(tǒng)的平均去除率為89.18%。當進水總氮 從20mg/L40mg/L變化時，出水總氮濃度均低于5mg/L，且大部分 出水在13mg/L?？?見，MBR不僅能提高出水水質(zhì)，而且具有很強的抗沖擊負荷能力。遠遠高于普通序批式活 性污泥法對總氮的去除，主要是因為MBR中可維持高的污泥濃度，當硝化反應完全后，系 統(tǒng)進入缺氧攪拌段使反硝化得以進行，從而使總氮徹底脫除。圖

7、三總氮的去除效果總磷的去除生物除磷通過聚磷菌在厭氧階段釋磷，好氧段過量攝取磷，使污水中的磷轉(zhuǎn)移到生物 體內(nèi)，排放剩余污泥來實現(xiàn)。本實驗的除磷效果如圖4所示，在運行初始時，出水總磷在 0.32mg/L之間變化，去除率波動較大，在6090%之間。但系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，總磷去除 率達90%以上，出水濃度均在1mg/ L以下，即使進水在38mg/L變化，大部分出水仍 能 保持在0.5mg/L以下，系統(tǒng)有很強的抗沖擊負荷能力?？梢?，對除磷系統(tǒng)來說，1h的厭氧 是充足的，此時進水中攜帶的碳源及時供給聚磷菌，促進了釋磷作用，經(jīng)過缺氧段的反硝化 除磷和好氧段的攝磷過程，系統(tǒng)達到較高的除磷效率。圖四總磷的去除效果周

8、期實驗分析試驗中氮磷的去除率均可達到90%以上，出水分別小于5mg/L和0.5mg/L，基本解決了 水處理中脫氮除磷難以同時進行的矛盾。為了進一步考察整個周期中脫氮除磷的機理，對系統(tǒng)周期的各個階段進行了追蹤測試。其結(jié)果如圖5、6所示。0 W 60 知 120150 IM 210240時 pTJ/rniri州廠可B-T -TP圖五 完整周期中N.P轉(zhuǎn)化與DO的關系fl ACJ知 120 LW ISG 21024J時 lil/rriin圖六完整周期中N.P轉(zhuǎn)化與COD的關系由圖5、6可見，1h的厭氧進水是整個工藝的關鍵部分，此時，反應器中DO濃度迅速 降低，在15min之內(nèi)就降到1mg/L以下，隨

9、后DO仍在降低，并逐漸為0。對應著DO的 變化，氨氮濃度是逐漸升高的，主要因為供氧不足，硝化反應無法進行。進水由于被反應器 中的剩余處理水稀釋，隨著進水歷時的延長，氨氮最高可達8.35mg/L。同樣，反應器中的 總氮濃度也出現(xiàn)先降低后升高的現(xiàn)象。通過數(shù)據(jù)對比可知，在進水初期由于反應器中殘存著 溶解氧和硝態(tài)氮，此時并未達到真正的厭氧狀態(tài)，而是一個缺氧階段。反硝化菌利用進水補 充的碳源進行反硝化作用，使反應器中硝態(tài)氮濃度迅速降低。隨后，伴隨著進水中氮源的不 斷增加，總氮濃度開始升高，最大可達8.68mg/L。而總磷濃度則是持續(xù)上升的，在進水濃 度為4.5mg/L，進水量為3.2L的情況下，加上反應

10、器中上一周期殘存的總磷，其總磷含量在 15.63mg左右。而進水結(jié)束時總磷的濃度達6.54mg/L，總磷含量為65.4mg，凈增加的49.77mg 磷則是厭氧時聚磷菌釋放的，其凈增量為原水中含磷量的3倍。進水結(jié)束后，系統(tǒng)很快進入好氧曝氣階段，此時DO濃度快速升高，氨氮和總磷的濃度 則急劇降低，曝氣結(jié)束時，氨氮濃度為3.81mg/L，總磷濃度為0.51mg/L，可見此時的曝氣 量是滿足硝化和好氧攝磷的。試驗發(fā)現(xiàn)曝氣時總氮的濃度也在降低，可以確定裝置中存在同 步硝化反硝化反應，對總氮的脫除量為17.62mg，占總?cè)コ实?6.50%。攪拌階段，伴隨DO的降低，氨氮濃度也在不斷降低，但降低幅度相當小

11、，主要是供氧 不足，硝化菌活性減弱，硝化反應受到抑制。而此刻總磷濃度也在降低，這和傳統(tǒng)的厭氧釋 磷好氧攝磷理論是有所不同的，因此，我們推測該工況下存在反硝化聚磷菌（DPB），DPB 以曝氣段產(chǎn)生的硝態(tài)氮為電子受體反硝化攝磷，其對總磷的去除率約為17.25%。缺氧段是 系統(tǒng)反硝化徹底脫氮的關鍵環(huán)節(jié)，此時總氮濃度降為4.57mg/L。從總氮的去除曲線來看， 此時的反硝化速率遠低于厭氧初期。主要因為厭氧釋磷和好氧曝氣消耗了系統(tǒng)中大量的碳源， 此時碳源相對缺乏，使反硝化受到影響。對比厭氧前期反硝化脫氮和缺氧段脫氮發(fā)現(xiàn)前者對 脫氮的貢獻達52.47%，而后者僅為21.79%。對該系統(tǒng)而言，脫氮的主要過程

12、在碳源充足 的厭氧段前期。為了進一步提高系統(tǒng)總氮的去除效果，可以采用以下兩種方法：一是采用分 點進水的方式適當?shù)难a充碳源，使反硝化作用進一步提高；二是適當?shù)难娱L缺氧時間，培養(yǎng) 出更多的反硝化聚磷菌，使在碳源短缺的情況下反硝化聚磷，同步去除氮磷。在出水階段，采用穿孔管曝氣以減緩膜污染，并防止厭氧釋磷。試驗發(fā)現(xiàn)出水初期氨氮 出現(xiàn)快速下降的現(xiàn)象，濃度由3.24mg/L迅速降至1mg/L以下，并在后期保持基本穩(wěn)定。由 此可見，好氧段的曝氣時間或曝氣量有所不足，導致前期硝化反應進行不徹底，應延長曝氣 時間或加大曝氣量。但是從出水效果來看，影響并不大，仍能保持出水氨氮濃度在0.5mg/L 以下。綜合考慮延

13、長曝氣時間導致水利停留時間變長和曝氣量增大導致能耗增多的因素，可 以保持原有曝氣時間和曝氣量。在出水期間，總氮的濃度不斷降低，證明同步硝化反硝化在 MBR中普遍存在的。此時出水總磷濃度基本沒變化，穩(wěn)定在0.5mg/L以下。分析與討論周期性實驗分析，此系統(tǒng)存在同步硝化反硝化現(xiàn)象，一方面由于膜的截留作用，硝化菌 和反硝化菌同時存在系統(tǒng)中；另一方面系統(tǒng)的溶氧不均，使硝化反硝化在不同區(qū)域進行， 最終實現(xiàn)了總氮的有效去除在進水初期此系統(tǒng)未實現(xiàn)真正的厭氧，而是首先進入缺氧階段，此時反硝化菌利用進水 中的碳源進行反硝化脫氮，整個反硝化過程歷時20min，隨后系統(tǒng)才進入真正的厭氧段。延長厭氧時間發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)有效

14、的厭氧釋磷時間只有40min,在不增加碳源的基礎上，延長 厭氧時間對除磷并無幫助。綜合考慮系統(tǒng)的反硝化需要，該系統(tǒng)厭氧1h即可滿足脫氮 除磷的要求。結(jié)論氮和磷是引起水體富營養(yǎng)化的主要因子，水體中不斷積累的氮磷元素促使藻類以及依靠 藻類生長的其他生物迅速生長，耗盡水中的溶解氧，從而使水體變質(zhì)。目前，我國的大型淡 水湖泊和城市湖泊均存在不同程度的富營養(yǎng)化。如滇池和漕湖嚴重富營養(yǎng)化，全湖水質(zhì)為 V-劣V類；太湖中度富營養(yǎng)化，湖水為IV-V類。目前國內(nèi)建成的大部分污水處理廠均有不 適應新標準要求的問題，一些老污水廠面臨著嚴峻的改造任務，需要考慮對污水中脫氮除磷 進一步去除。而目前生物脫氮除磷具有好的效

15、果。序批式膜生物反應器對生活污水有較好的的去除效果。以上的工藝對污水中COD、氨氮、 總氮、總磷的去除率分別是94.45%、95.72%、89.18%和93.86%.缺氧段的增加，有效的提高 了系統(tǒng)的脫氮能力，脫氮率提高了7個百分點。通過研究發(fā)現(xiàn)，膜生物反應器脫氮除磷新技 術具有優(yōu)越的脫氮除磷性能，對于一般生活污水的處理，兩工藝對TN,TP,COD,NH3-N的去除 率達到85%、85%、90%和95%以上，出水可達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準(GB 18918-2002)規(guī)定的要求。為了發(fā)揮更大的作用，需要從以下幾個方面對膜生物反應器脫氮 除磷新技術進一步研究。加強適應于污水處理的高通量、耐污染、長壽命和低價格的膜材料與組件的開發(fā)加強膜生物反應器應用過程中膜污染在線控制的研究加強膜生物反應器脫氮除磷新技術微生物學機理研究開展膜生物反應器脫氮除磷新技術中試研究和示范工程建設隨著我國環(huán)保法規(guī)的完善、水產(chǎn)業(yè)政策的改革和膜分離技術的發(fā)展與日益成熟，同時隨 著膜制造技術的進步，膜質(zhì)量的提高和膜制造成本的降低，膜生物反應器的設備投資也