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MBR在市政污水处理厂脱氮除磷效果分析

北极星环保网来源:城市建设理论研究2017/1/24 11:37:26我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:污水处理 MBR 市政污水

北极星环保网讯:【摘要】膜生物反应器(MBR)是以高效膜分离代替传统生物处理中的二沉池,是将膜分离技术与污水生物处理工艺相结合的新型系统。本文将就MBR在市政污水处理厂脱氮除磷效果进行研究。

一、MBR性质

MBR采用膜分离技术与生物反应器相结合的方式,膜高效的固液分离作用强化了生物处理作用,因此具有许多其他生物处理工艺无法比拟的明显优势,列举如下:

(1)能够高效地进行固液分离,分离效果远好于传统的沉淀池,出水水质良好,出水悬浮物和浊度接近于零,可以直接回用,实现了污水资源化。

(2)膜的高效截留作用,使微生物完全截留在反应器内,实现了反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离,使得运行更加灵活稳定。

(3)反应器内的微生物浓度高,耐冲击负荷能力强。

(4)污泥龄可随意控制。膜分离使污水中的大分子难降解成分,在体积有限的生物反应器内有足够的停留时间,大大的提高了难降解有机物的降解效果。反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄的条件下运行,可以实现基本无剩余污泥的排放。

(5)结构紧凑,占地面积小,工艺设备集中,易于一体化自动控制。

二、MBR生物脱氮处理效果分析

1、效果分析

根据硝化与反硝化是否在同一个反应器内发生可将MBR脱氮工艺分为单一反应器间歇曝气MBR脱氮工艺和厌氧一好氧MBR脱氮工艺。单一反应器间歇曝气MBR脱氮工艺采用序批式反应器(SBR)的运行方式,通过限制曝气和半曝气运行方式在时间序列上实现缺氧—好氧的组合;而厌氧—好氧MBR脱氮工艺类似于传统的厌氧一好氧脱氮工艺,前置反硝化在缺氧条件下运行,含碳有机物的去除、含氮有机物的氧化和氨氮的硝化在好氧条件下运行(在这里将重点讨论前者)。

SBR运行方式能强化传统膜生物脱氮性能,氨氮和总氮去除率分别为92.2%和91.5%,采用SBR运行方式的MBR的脱氮稳定性优于传统MBR脱氮效果。

在好氧条件下,氨氮经过硝化作用转化为硝态氮和亚硝态氮,废水中总氮的含量没有发生变化,为了提高总氮的去除率,在MBR前增设缺氧区和回流装置形成厌氧—好氧运行方式,总氮的去除率最高可达96%,而在未增设缺氧区和回流装置的情况下,总氮的去除率仅为60%。

而厌氧一好氧MBR中厌氧反应器和好氧反应器对氨氮的去除率分别为31%—43%和47%—64%,好氧反应器的运行状况对氨氮的去除效果影响较大。因厌氧一好氧MBR前增设缺氧池为系统反硝化创造了良好的条件,所以厌氧—好氧MBR脱氮工艺的脱氮效果相对要好一些,但厌氧—好氧MBR脱氮工艺流程较长,同时需增加回流设备和能耗。SBR形式的MBR脱氮工艺间歇曝气能促使细菌胞外聚合物的降解,缓解膜组件的生物污染,延长膜组件的使用寿命,但与处理能力相同的厌氧—好氧MBR脱氮工艺相比,膜面积增加了很多。

许多研究者对MBR脱氮工艺进行了新的尝试和探索。在好氧MBR中加入填料载体,可为硝化和反硝化创造良好的条件,该工艺的氨氮和总氮平均去除率分别为100%和93.06%;填料内部出现的反硝化杆菌、荧光假单胞菌等将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氮气,促进了氨氮的分解,这是膜反应器填充填料可提高脱氮效率的主要原因。

针对MBR里污泥絮体比较松散的特点,加入粉末活性炭(PAC)可促使污泥絮体颗粒增大,使絮体内部形成缺氧区,有利于反硝化的发生和膜污染的减缓,该工艺氨氮和亚硝酸盐的去除率分别为95.50%和99.15%。对硝化菌和氧化有机物的异养菌有很强的抑制作用,确保了亚硝化菌在活性污泥中的主导地位,从而实现了亚硝化菌的反硝化功能,明显提高了硝化过程的脱氮效果,整个过程可节约DO约50%,节省碳源约80%.

2、得出的结论

(1)间歇式MBR在进水不曝气期间,反硝化产生的碱在一定程度上补充了硝化作用对碱的消耗,使其对氨、氮的去除能力优于传统MBR.

(2)间歇式MBR提供了充分的缺(厌)氧环境,使其对总氮、总磷的去除能力也明显优于传统MBR.

(3)在进水氮负荷和碳、氮比发生较大波动时,间歇式MBR可以灵活地改变曝气强度、循环周期、进出水比等操作条件来获得稳定可靠的脱氮性能.

(4)间歇式运行强化了MBR的脱氮除磷性能.

三、MBR除磷处理效果分析

1、效果分析

MBR除磷工艺与脱氮工艺基本相同,一般采用厌氧—好氧和SBR工艺,而且多数是和脱氮联用。有关专家采用厌氧—好氧MBR工艺处理模拟生活污水,根据实验结果,该工艺氮、磷去除率分别为96%和70%。据有关专家研究SBR--MBR工艺强化除磷效果,总磷(TP)去除率达96.4%,其中进水COD/TP是该工艺强化除磷的关键,在进水COD/TP较高时,无需排泥就能达到强化除磷的目的。

传统的生物脱氮除磷理论认为,生物脱氮需经过硝化菌的好氧硝化、反硝化菌的厌氧反硝化来协同完成,而生物除磷过程是除磷菌的厌氧释磷、好氧超量吸磷、最终排放富磷污泥的过程。

通常认为,NO3-  N反硝化和磷释放都需要碳源,厌氧反硝化会消耗一部分碳源,影响聚磷菌(PAO)的磷释放,降低磷去除率。但最近的研究发现,污泥中有反硝化聚磷菌(DPB)存在时,在厌氧条件下它可分解菌体内的多聚磷酸盐(Poly—P),吸收基质中的低分子有机酸并以PHB的形式贮存于菌体中;在缺氧环境下,DPB利用硝酸盐作电子受体氧化菌体内的PHB,产生的能量部分用于新菌体的合成,其余部分用来吸收基质中的磷酸盐并以聚磷(Poly—P)的形式贮存于菌体内,从而实现超量吸磷。

同时,NO被还原为N2,在厌氧、缺氧交替运行条件下实现DPB的反硝化除磷效果。DPB可最大程度地减少碳源的需求,为解决生物脱氮除磷工艺的碳源竞争问题提供了新的方法。

研究发现,通过创造厌氧、缺氧交替的环境可筛选DPB。有机碳源可影响反硝化除磷效果,进水有机碳浓度较低时,反硝化除磷系统可利用反硝化除磷菌一碳两用的功能长期稳定运行,磷去除率为99.2%;缺氧区的碳源浓度越高,对缺氧吸磷的抑制作用就越大.

与传统的专性好氧聚磷菌除磷相比,DPB可分别节省约50%的COD和30%的氧消耗量,相应减少50%的剩余污泥量。通过控制缺氧段硝酸盐浓度对DPB进行诱导,诱导前DPB占总聚磷菌的27.6l%,诱导后则高达78.6l%。在序批式膜生物反应器(SBMBR)工艺中经过厌氧—好氧和厌氧一缺氧—好氧两个阶段的富集,DPB占伞部聚磷菌的比例从19.4%升至69.6%;每周期缺氧段投加120  mg No-N时,SBMBR系统运行最为稳定,缺氧段氮和磷去除率分别为100%和84%,系统的磷去除率为96.1%.

2、得出结论

(1)满足硝化和吸磷对氧需求的条件下,采用较低的DO浓度可减少混合液从好氧室到缺氧室携带的DO量,又可促成好氧区同步硝化反硝化作用的发生,从而减少回流系统携带的硝态氮量,降低厌氧区反硝化菌与聚磷菌对碳源的竞争,最终使得系统对TN和TP的去除效果优于其他DO浓度下的。同时,采用较低的DO浓度还可以节能降耗。

(2)经过对比研究可发现.应用A20—MBR工艺处理常规市政污水.进行多级分流可以取得很好的处理效果,各项出水指标均超过国家一级A标准。

(3) A20—MBR工艺可以在低溶解氧(0.5 mg/L)的条件下运行.且处理市政综合废水效果很好。

延伸阅读:

全面认识污水处理MBR处理工艺:结构、膜组件、应用及展望

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