伍健伯，馮 寧

（沈陽建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168）

A2/O作為最簡單的同步脫氮除磷工藝，有著HRT段，污泥不易膨脹，運行費用低的特點[1]。但受限于反硝化菌和聚磷菌存在碳源競爭，其脫氮除磷效果很難進一步提高[2]，使得出水品質(zhì)難以達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中一級A標(biāo)準(zhǔn)。A2/O-MBR組合工藝的出現(xiàn)為A2/O工藝的發(fā)展提供了新的方向，用膜組件替代傳統(tǒng)工藝的二沉池實現(xiàn)固液分離[3]，可以將游離細(xì)菌和有機大分子物質(zhì)截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，提高懸浮污染物的去除率。但膜污染問題導(dǎo)致組合工藝無法普及[4]。試驗針對以上問題，筆者通過前人研究，對A2/O-MBR組合工藝進行改造，分析新系統(tǒng)對模擬污水的脫氮除磷性能，為工藝的發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗裝置

反應(yīng)器與傳統(tǒng)A2/O工藝不同，首先將缺氧池與厭氧池互置，組成倒置A2/O。同時污泥回流系統(tǒng)改成缺氧池與厭氧池分別回流，進水方式也變成缺氧池、厭氧池同時進水。反應(yīng)器材質(zhì)為有機玻璃，有效容積20L。裝置的進水、出水和回流都采用蠕動泵進行控制。改造的A2/O與膜生物反應(yīng)器采用一體化設(shè)置，通過膜片抽吸出水，膜裝置運行8min，停歇2min，好氧池底部污泥回流到缺氧池，完成污泥循環(huán)；好氧池內(nèi)上清液回流到缺氧池，完成硝化液循環(huán)；定期對好氧池內(nèi)的污泥進行排泥操作，達到磷的去除。試驗裝置如圖1所示。

圖1 試驗裝置示意圖

1.2 試驗材料

試驗中用到的接種污泥取自沈陽滿堂河污水處理廠二沉池的回流污泥。反應(yīng)器進水采用人工模擬配水，以葡萄糖為唯一碳源，氯化銨為氮源，磷酸二氫鉀為磷源，使進水COD維持在400 mg/L左右，進水氨氮濃度在45 mg/L左右，進水總磷濃度在4.2 mg/L左右。并按照0.3 mL/L的比例添加微量元素，為菌種生存、增殖提供必要的營養(yǎng)物質(zhì)和微量元素，營養(yǎng)液組成見表1。

表1 倒置A2/O-MBR組合反應(yīng)器微量元素營養(yǎng)液組成

1.3 分析方法

COD采用快速密閉催化消解法測定；NH+-N采用納氏試劑分光光度法測定；4-N采用紫外分光光度法測定；-N采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法測定；TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定；TP采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定；pH值由便攜式pH儀測定。

1.4 試驗方法

控制污水進水流量為1.5 L/h，pH值為7.2～8.0，水力停留時間為12h，好氧池溶解氧濃度為2mg/L左右，污泥回流比為50%，硝化液回流比為200%，污泥齡控制在15d，溫度控制在20～30℃條件下，對改進倒置A2/O-MBR反應(yīng)器的啟動及對生活污水的去除效果分析，每天測定進出水的COD、NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TN和TP濃度，當(dāng)出水中各項指標(biāo)基本保持不變并且達到較高去除率時，說明反應(yīng)器內(nèi)各種微生物基本培養(yǎng)完成。

2 結(jié)果與討論

2.1 COD去除效果及分析

試驗裝置內(nèi)污泥馴化周期為25d，污泥馴化結(jié)束之后裝置又連續(xù)運行10d，整個裝置對有機物的去除效果如圖2所示。

圖2 COD的去除效果

從圖2可以看出，在污泥馴化周期內(nèi)，出水中COD濃度逐漸下降并趨于穩(wěn)定，在穩(wěn)定運行周期內(nèi)，改進組合系統(tǒng)對COD一直保持一個較好的去除效果。具體分析來看，在35d的運行天數(shù)內(nèi)，進水COD濃度在400 mg·L-1范圍內(nèi)小幅浮動，最高進水COD濃度為418 mg·L-1，最低進水COD濃度為378 mg·L-1，出水COD濃度在第16天以后一直維持在50 mg·L-1以下，去除率基本維持在90%以上。在反應(yīng)進行的前16d，出水COD濃度一直在下降，去除率也逐漸升高，這是由于在反應(yīng)初期，反應(yīng)器內(nèi)各種微生物逐漸生成，對有機物的消耗較少，導(dǎo)致最初出水COD濃度較高；在第16天以后，雖然進水COD濃度有所波動，在400 mg·L-1左右，但是出水COD濃度基本穩(wěn)定，并維持在50 mg·L-1以下，反應(yīng)器內(nèi)微生物對有機物的利用逐漸增加，反應(yīng)器內(nèi)微生物逐漸成熟并達到一定的數(shù)量，同時體現(xiàn)反應(yīng)器具有一定的抗沖擊負(fù)荷能力[5]。

另外在圖2中發(fā)現(xiàn)，出水COD濃度在后10d穩(wěn)定運行天數(shù)內(nèi)波動范圍不是很大基本保持穩(wěn)定，由此可以看出該工藝對有機物的去除效果較好，出水COD濃度低于傳統(tǒng)的污水處理工藝，這是由于膜生物反應(yīng)器內(nèi)可以使HRT與污泥齡分開控制成為可能，而且在抗有機物負(fù)荷沖擊方面膜生物反應(yīng)器與傳統(tǒng)活性污泥法相比也具有根本性的優(yōu)勢。反應(yīng)器內(nèi)的大顆粒物質(zhì)被膜截流在反應(yīng)器內(nèi)之后，相比于傳統(tǒng)活性污泥法膜生物反應(yīng)器可以獲得更多的與微生物接觸的時間，增加了污染物被吸收的機率，提高了有機物的去除率[6]。

2.2 脫氮效果及分析

亞硝酸菌和硝酸菌是化能自養(yǎng)菌，革蘭氏染色陰性，無芽孢短桿狀細(xì)菌，為嚴(yán)格好氧的專性化能自養(yǎng)菌。二者的不同之處在于亞硝酸菌能利用氨作為能源，而硝酸菌只能利用亞硝酸鹽作為能源[7]。硝化細(xì)菌世代時間長，生長速度遠(yuǎn)低于異養(yǎng)菌，因此硝化反應(yīng)的啟動馴化時間長，需要足夠的泥齡。在試驗中，由于膜的截流作用使得世代時間較長的硝化細(xì)菌得以大量繁殖，保證了硝化反應(yīng)的順利進行。試驗對氨氮的去除效果見圖3所示。

圖3 . 反應(yīng)器脫氮效果圖

從圖3可以看出，在前25d的污泥馴化周期內(nèi)，試驗裝置的運行效果雖然在開始的時候波動幅度有點大，但是隨著試驗的進行效果逐漸變好并趨于穩(wěn)定。進水氨氮濃度在運行天數(shù)內(nèi)變化幅度不是很大，基本保持在45 mg·L-1左右，最高進水氨氮濃度46.05 mg·L-1，最低進水氨氮濃度43.10 mg·L-1；氨氮出水濃度在污泥馴化初期波動較大，隨著反應(yīng)的進行，出水中氨氮濃度降低并趨于穩(wěn)定，在前6天的運行時間內(nèi)，最高氨氮出水濃度在17.48～30.14 mg·L-1范圍內(nèi)變化，平均出水濃度為24.05 mg·L-1，氨氮平均去除率僅為46.53%；在第6d以后出水中氨氮濃度迅速降低并趨于穩(wěn)定，氨氮出水濃度在0.90～5.17 mg·L-1內(nèi)變化，氨氮平均出水濃度2.03 mg·L-1，氨氮平均去除率為95.43%。在后10d的穩(wěn)定運行天數(shù)內(nèi)，改進組合系統(tǒng)一直保持對氨氮的較好處理效果，氨氮出水平均濃度為1.35 mg·L-1，平均去除率為97.00%。

進水中不含有硝態(tài)氮，出水中的硝態(tài)氮是經(jīng)過亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化而來的，硝態(tài)氮在出水中含量變化曲線與氨氮變化曲線走勢不一樣，硝態(tài)氮變化曲線先上升再下降。在污泥馴化初期，系統(tǒng)內(nèi)微生物屬于一個生長的過程，硝化反應(yīng)不完全，前7天，出水硝態(tài)氮濃度逐漸增加，在第7天硝態(tài)氮濃度驟升，達到25.69 mg·L-1，說明系統(tǒng)內(nèi)硝化細(xì)菌已經(jīng)成熟，對氨氮有一個較高的轉(zhuǎn)化；在第12天以后出水中硝態(tài)氮含量開始下降，說明系統(tǒng)內(nèi)反硝化細(xì)菌逐漸成熟，將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氮氣。在后10d穩(wěn)定運行天數(shù)內(nèi)，出水硝態(tài)氮平均濃度8.35mg·L-1。

在馴化周期內(nèi)出水中TN濃度逐漸降低并趨于穩(wěn)定，整體上TN濃度是下降的狀態(tài)，TN去除率也是逐漸上升并趨于穩(wěn)定，TN出水濃度在9.93～36.37 mg·L-1范圍內(nèi)變化，TN平均出水濃度為19.21mg·L-1，TN最高去除率為77.87%，TN最低去除率為20.09%。在后10d穩(wěn)定運行天數(shù)內(nèi)TN平均出水濃度為9.70 mg·L-1，平均去除率為78.38%。

從以上的數(shù)據(jù)分析可以看出盡管進水氨氮濃度在反應(yīng)天數(shù)內(nèi)有所波動，但是在穩(wěn)定運行期間改進倒置A2/O-MBR系統(tǒng)對氨氮和總氮的去除效果仍然較好，穩(wěn)定運行期間氨氮和總氮最低出水濃度分別為1.08mg·L-1和9.15mg·L-1，氨氮和總氮平均出水濃度分別為1.35 mg·L-1和9.70 mg·L-1，氨氮和總氮最高去除率分別為97.58%和80.36%，氨氮和總氮平均去除率分別為97.00%和78.38%。反應(yīng)初期，反應(yīng)裝置的整體處理效果很差，這是由于裝置內(nèi)細(xì)菌的未適應(yīng)環(huán)境，氮的轉(zhuǎn)化過程受阻，出水效果不好[8]。隨著反應(yīng)的進行，菌群結(jié)構(gòu)逐漸完整，菌群數(shù)量增加，對氮的去除效果也是逐漸上升并趨于穩(wěn)定，這說明裝置內(nèi)細(xì)菌培養(yǎng)完成并且裝置運行穩(wěn)定，而且反應(yīng)器氨氮和總氮的出水濃度都達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中一級A標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3 除磷效果及分析

采用改進倒置A2/O-MBR組合系統(tǒng)進行脫氮除磷，污水首先進入缺氧區(qū)，在厭氧區(qū)進行磷的釋放，釋放磷之后的聚磷菌直接進入好氧區(qū)進行磷的吸收，最后隨剩余污泥排出。該工藝的特點是倒置A2/O這種缺氧池-厭氧池-好氧池的這種布置，不僅可以降低回流硝化液對聚磷菌釋磷的影響，還可以使聚磷菌經(jīng)過缺氧段直接進入好氧段，提高生化反應(yīng)效率[9]，聚磷菌在厭氧環(huán)境下釋磷得到的動力可以更充分的發(fā)揮，進一步提高系統(tǒng)除磷能力。但是聚磷菌回流需要經(jīng)過缺氧池，對聚磷菌活性具有一定的抑制作用，影響整體裝置對磷的處理效果，所以試驗中增設(shè)污泥回流，提高聚磷菌活性，提高除鱗效果。下面就反應(yīng)器運行培養(yǎng)馴化階段對磷的去除效果進行分析，如圖4所示。

圖4 反應(yīng)器除磷效果圖

由圖4可以看出，改進倒置A2/O-MBR組合系統(tǒng)對磷的處理效果在污泥馴化培養(yǎng)后期還是比較好的，出水中磷的濃度在0.5 mg·L-1左右，磷的去除率在85%左右，可以達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中一級B標(biāo)準(zhǔn)，部分運行時間內(nèi)可以達到一級A標(biāo)準(zhǔn)。從圖4可以看出，進水總磷濃度在運行天數(shù)內(nèi)波動頻繁，最高進水總磷濃度在4.56mg·L-1，最低進水總磷濃度在3.78mg·L-1，平均進水總磷濃度為4.24mg·L-1；在污泥馴化培養(yǎng)初期，聚磷菌數(shù)量較少，對磷的去除效果很差，出水總磷最高濃度在1.88～2.78mg·L-1范圍內(nèi)變化，出水總磷平均濃度為2.20mg·L-1，出水總磷平均去除率為47.22%；隨著反應(yīng)的進行，聚磷菌逐漸生成，數(shù)量增加，對磷的去除效果逐漸變好，出水總磷平均濃度為0.66mg·L-1，出水總磷平均去除率為84.47%；在后10d穩(wěn)定運行天數(shù)內(nèi)，反應(yīng)器出水總磷濃度升高，出水總磷最高濃度為1.12mg·L-1，出水總磷最低濃度為0.86mg·L-1，出水總磷平均濃度為0.94mg·L-1，出水總磷最高去除率為80.51%，出水總磷最低去除率為74.83%，出水總磷平均去除率為78.02%。

從以上數(shù)據(jù)分析可以看出，在污泥馴化后期，反應(yīng)器對磷的去除效果還是比較好的，最低出水濃度達到0.43mg·L-1，達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中一級A標(biāo)準(zhǔn)，但是隨著反應(yīng)的進行，系統(tǒng)在整個運行周期內(nèi)并沒有進行排泥措施，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)磷的積累，因為生物法除磷主要還是靠聚磷菌對磷的吸收，通過排泥達到對磷的去除，不排泥就會造成磷的積累，在后10d運行期間，出水中總磷含量上升也是不排泥的原因造成的，采取排泥措施后，出水中總磷含量恢復(fù)正常水平，基本達到出水一級A的標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

（1）以A2O反應(yīng)池回流污泥作為接種污泥，歷經(jīng)15d成功啟動反應(yīng)器。改進倒置A2/O-MBR穩(wěn)定運行期間對各種污染物的出水濃度情況如下：COD、NH4+-N、TN和TP平均出水濃度分別為21.01 mg·L-1、1.35 mg·L-1、9.70 mg·L-1和 0.66 mg·L-1；平均去除率分別為94.76%、97.00%、78.38%和78.02%。

（2）膜組件放置于好氧池內(nèi)形成一體式膜生物反應(yīng)器，對整個反應(yīng)器的運行起到較好的處理效果，膜組件自身也能夠?qū)ξ鬯械母黝愇廴疚镞_到一定的去除效果，同時膜組件的孔徑不允許大分子有機物質(zhì)通過，將污泥截留在好氧池內(nèi)，提高好氧池的污泥濃度，為世代時間較長的微生物生長提供空間。

（3）從試驗啟動到裝置穩(wěn)定運行，期間經(jīng)過初期反應(yīng)的波動之后，試驗出水各項指標(biāo)趨于穩(wěn)定，并滿足于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中一級A標(biāo)準(zhǔn)的要求。