A/O MBR工艺对盐化城污水厂提标改造的中试研究
某盐化工业城是以盐化工为基础，以化工、农药、医药中间体等产品为主体的化工园区。盐化工业城污水处理厂主要采用“一级多元催化氧化池+水解酸化池+A/O+二沉池+二级多元催化氧化池”的处理工艺，其中废水经处理后达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级B标准，目前运行稳定，各项指标均能达到排放标准。但考虑到远期发展，排放标准会提高至《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准，而现有处理工艺无法保证出水各项指标稳定达标。
因此在针对现有工艺段分析后发现，目前工艺对于TN和TP的去除存在一定问题：（1）由于现有缺氧池的不稳定性，反硝化效果不稳定，导致出水TN不稳定，超出GB18918—2002一级A标准的情况时有发生；（2）来水水质变化较大，二沉池偶尔会出现较多浮渣随出水流入下级处理单元的情况，且二沉池出水TP偏高，絮凝终沉池虽可通过物化反应保证最终出水达标，但TP偏高会增加运行费用。
现采用“A/O+MBR”工艺进行中试，研究并论证该工艺在盐化工废水处理中应用的可行性。膜生物反应器（MBR）是高效膜分离技术与活性污泥法相结合的新型水处理技术，在混合液中膜的应用取代活性污泥法中的二沉池，内置的膜组件对污泥具有高效截留作用，微滤甚至超滤膜对废水中大分子难降解有机物具有拦截作用，提高了其生化反应水力停留时间。
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实验方法
以该盐化城综合污水处理厂水解酸化池出水作为本中试实验的进水，由于园区来水水质波动较大，故水解酸化池出水水质波动也较大，其中COD 50~330 mg/L、NH3-N 11~120 mg/L、TN 25~140 mg/L、TP 1.1~9.0 mg/L。本项目原水中含有大量难降解物质，同时企业排放的废水均经过预处理，可生化性差。综合污水处理厂前处理工艺采用“多元催化氧化+水解酸化”，降解部分难降解物质的同时提高废水的可生化性。
实验装置平面图见图1，剖面图见图2。
图1 实验装置平面图
图2 实验装置剖面图
本中试装置为“A/O+MBR”一体化设备，设计处理水量为1 m3/h。总水力停留时间（HRT）为14 h，其中缺氧段2.8 h，好氧+MBR段11.2 h；好氧池气水比为20:1，混合液回流比控制在300%~400%，实验过程中根据实际情况补充一定量的外加碳源，保证脱氮效果。好氧池曝气量通过在线溶解氧仪控制。
池体采用304不锈钢焊接制成，缺氧池安装搅拌机，好氧池安装可提升式硬连接微孔曝气器，好氧池后端安装MBR，代替传统二沉池，能保证好氧池较高的活性污泥浓度，大幅度提高有机负荷。MBR采用浸没式平板膜，有效膜面积90 m2，膜孔径0.1 μm，膜材质为聚偏氟乙烯（PVDF）。
在中试过程中主要对废水中的COD、NH3-N、TN、TP、溶解氧、pH等进行检测，每天1次定时取样，溶解氧及pH通过在线溶解氧仪和在线pH计进行实时检测，COD采用重铬酸钾法，NH3-N采用纳氏试剂法，TN采用碱性过硫酸钾消解法，TP采用钼酸铵分光光度法。
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中试运行结果及分析
实验装置（A/O+MBR）置于水解酸化池池顶，利用自吸泵提升水解酸化池出水至实验装置，2017年4月20日至6月13日期间测得实际进水COD、NH3-N、TN、TP分别为50~330、11~120、25~140、1.1~9.0 mg/L。该废水属于盐化工废水，B/C < 0.3，C/N < 2.0，而实际工程中C/N≥3.5时才能进行有效脱氮，因此实验过程中通过补充外加碳源来保证进水C/N维持在3.5~5.0，利于系统的脱氮反应。活性污泥采用污水厂好氧池活性污泥。
由于进水水质波动较大，经35 d调试后系统处理情况基本趋于稳定。
中试结果选取了实验装置运行稳定后的实验数据（6月1日—6月13日），并与污水厂同步运行结果进行对比。实验装置进出水COD、去除率，以及污水厂正常运行二沉池出水COD如图3所示。
图3 COD变化情况
从图3可以看出，进水COD波动较大，变化范围在50~93 mg/L，导致出水COD波动也较大，中试出水平均COD在46.9 mg/L，平均去除率在65%左右，但由于实验中每天会补充碳源，约200mg/L，因此实际去除率高于检测值。而污水厂二沉池出水平均COD在63 mg/L左右，实际去除率较低。
MBR可以保证生化系统有较高的污泥浓度，更有利于污染物的去除。
实验过程中为了强化总氮去除，主要采取两个措施：一是补充反硝化所需碳源，以提高C/N；二是将回流比调整至300%~400%。
研究表明，甲醇、乙醇、乙酸钠、葡萄糖作为反硝化碳源时，均可获得较高的硝酸盐氮去除率。综合外加碳源强化反硝化速率及运行成本，本实验采用工业葡萄糖作为外加碳源，每日补充至缺氧池，保证C/N在3.5~5.0。
实验装置进出水NH3-N、TN及去除率，以及污水厂正常运行二沉池出水NH3-N、TN如图4、图5所示．
图4 NH3-N变化情况
图5 TN变化情况
进水平均NH3-N为25 mg/L，中试出水及污水厂二沉池出水平均NH3-N均在0.6~0.7 mg/L，去除率均能达到96%以上。
进水平均TN为38 mg/L，中试出水平均TN小于10 mg/L，平均去除率能达到72%，基本满足GB 18918—2002一级A标准；而污水厂二沉池出水平均TN为20 mg/L左右，TN去除率较低，且出水指标不稳定，说明污水厂现有缺氧池无法提供良好的反硝化条件。
A/O+MBR工艺可以有效提高系统的污泥浓度，减少污泥流失，增长污泥龄，保证硝化细菌及反硝化细菌的优势生长，为硝化作用和反硝化作用提供了良好的条件。
生物除磷是聚磷菌在好氧条件下摄取磷，通过定期排出剩余污泥而去除，实际处理效果与好氧条件、聚磷菌生长情况及污泥活性有关，同时通过MBR的高效截留作用，可以有效防止污泥流失，而传统的二沉池存在这个问题。实验装置进出水TP及去除率，以及污水厂正常运行二沉池出水TP如图6所示。
图6 TP变化情况
进水平均TP为3.5 mg/L，中试出水平均TP为0.98 mg/L，平均去除率能达到72%，污水厂二沉池出水平均TP为2.8 mg/L，几乎没有去除效果，并不是因为生化系统的原因，而是二沉池出水带有浮渣或者污泥，检测时未进行过滤，仅是自然沉降后的测定，并不能完全反应污水站生化系统的处理效果，但是反映了现有系统存在的问题。而MBR的高效截留作用，避免污泥随MBR出水流出，保证TP在系统污泥中的有效累积，并随剩余污泥排出。
经A/O+MBR处理后的TP仍不能稳定达标，需要增加化学除磷以保证最终出水达到GB 18918—2002一级A标准，可进入污水厂现有二级多元催化氧化+絮凝终沉池进行深度处理。
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结论
A/O+MBR工艺在HRT较短的情况下（与污水处理厂A/O工艺段相比，缺氧段HRT减少20%、好氧段HRT减少25%）取得了良好的处理效果，COD平均去除率能达到65%左右；
在补充外加碳源，保证C/N≥3.5条件下，出水平均TN为10 mg/L，平均去除率能达到72%，出水满足GB 18918—2002一级A标准；TP平均去除率能达到72%，虽未稳定达到GB 18918—2002一级A标准，但生化除磷效果的提升可以有效降低后续化学除磷的运行费用。
（来源：《工业水处理》2019年第11期，作者：肖磊，等，参考文献略。其他网站或公号转载，请先取得本号授权）