MBR在市政污水处理厂脱氮除磷效果分析

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。

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