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硝化速率如图4(d)所示,硝化速率在0.5-2.5g-N/d/m2之间波动,主要受氨氮负荷率和进料C/N比率影响。大部分传递的氧气都用于硝化作用,超过90%。这反应了MABR反应器的一大特点——硝化菌生长在靠近膜表面的生物膜内,一个富含氧气又受到“保护”的区域。
项目组还就曝气量对OTR的影响进行了测试,在第60-144天内,他们将曝气量从4.3L/h/㎡逐步减少至3.0L/h/㎡(30%减少量),直至2.1L/h/㎡(50%减少量),然后在回升至4.3L/h/㎡。结果显示30%的减少率并没有明显影响,但50%的减少量使OTR降低了20%。这是因为出气氧含量的减少降低了通过膜的氧气的渗透率。图5(b)显示了膜箱的混合频率对硝化速率没有影响。图5(c)则显示MABR在DO低于1mg/L的时候运作最佳。图5(d)表明硝化速率越高,反硝化和BOD去除效果越好。
能耗表现
MABR能降低生物处理的能耗,主要通过以下三个途径:
在更短的SRT内需要更少的需氧量(且不会影响硝化作用);
减少了同步硝化/反硝化的需氧量(且不再需要回流泵);
比微孔曝气扩散更高效的氧气传递效率。
研究团队指出,本次测试只展示了上述优点中的第三个,而且也没有得到完美体现。由于规模问题,这个实验的曝气是由压缩机而不是低压风机时间的,所以无法直接监测能效。另外只有一个膜箱不能充分利用间歇式的混合曝气,这需要更多的膜箱。尽管如此,作者认为通过图6的曝气效率的计算,已经可以体现出MABR膜的潜在效能。
研究人员分析了6个不同情况下的曝气效率。其中蓝色的两个是这个测试中的实际情况,绿色是试验中直接反应的优化情况(包括曝气量和混合气的间歇频率等),红色是正在研发但有待验证的情景。按照他们的估算,氧气传递效率有两倍的增长空间。
结论
在9个月的测试期内,MABR膜显示出稳定的氧气传送速率,且大部分传递的氧气都用于硝化作用。结果显示MABR混合工艺能对现有生物工艺做出显著改善,同时减少了污水厂的能耗。
芝加哥MWRD的O’Brien再生水厂面临着春季高负荷的冲击,按照传统方法需要新建生化池解决脱氮除磷的要求。这个研究项目的生物膜模型分析表明MABR技术能在现有设施条件下完成改造。而为其一年的实验研究也部分显示出MABR膜性能的稳定性和未来可以优化改进的空间。
参考资料
Demonstration of innovative MABR low-energy nutrient removal technology at Chicago MWRD, J. Peeters, N. Adams, Z. Long, P. Côté, T. Kunetz, Water Practice and Technology, Volume 12, Issue 4, Page 927-936,DOI: 10.2166/wpt.2017.096
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