脱氮除磷新工艺论文SBR

1、序批式生物反应器工艺摘要本文综述了在污水脱氮除磷方面，SBR工艺具有工艺流程简单、控制灵活、造价低、良 好的处理效果、较高的脱氮除磷效果、良好的污泥沉降性能。但SBR系统沉淀和分离性能不 够理想，且设备闲置率较高，池容利用率低，从而影响SBR大规模应用。而膜-序批式生物 反应器（MSBR）讲MBR与SBR相结合，融合二者的优点于一体。MSBR保留了传统MBR 长泥龄的特性，且生物活性高，吸附降解有机能力强，世代时间长的硝化菌，亚硝化菌能较 好增长，消化能力得以提高。关键词现状新技术脱氮除磷SBR引言社会经济的发展和人民生活水平的提高，对水质环境的要求越来越高，传统的生物处理 工艺难以满足严格的

2、污水排放要求。经济发展所带来的水资源日益短缺也迫切要求开发合适 的污水资源化技术，以缓解水资源的供需矛盾。近年来各种新型、改良型的高效废水处理技 术应运而生，其中膜分离技术，特别的膜生物反应器组合工艺在废水处理中的应用格外引人 注目。膜-序批式生物反应器以不同C/P比对该工艺的影响进行研究，并对低碳高磷水的处 理提出改进措施，已解决南方城市污水低碳高氮磷的问题，实现氮磷达标排放，为改良现有 污水生物脱氮除磷工艺提供一个新思路。材料与方法实验装置与流程MBR试验装置系统如图1所示。MBR反应器采用有机玻璃制作，长X宽X高=250mm X 130mmX 500mm，有效容积为10L。膜组件采用聚丙

3、烯中空纤维膜，其膜孔径为0.1以 m，膜面积为0.2m2。反应器中设置搅拌器，以保证活性污泥在非曝气阶段处于悬浮状态， 泥水混合均匀。同时设置砂头和穿孔管两种曝气方式，分别用于曝气和出水两个阶段。系 统采用厌氧一好氧一缺氧的运行方式，通过时间继电器控制周期运行。厌氧期间搅拌进水， 为保证有效释磷和碳源的充分利用，采用长时间低流量的进水方式；随后进行砂头曝气，是 摄磷、硝化及去除有机物的主要阶段；而缺氧段则利用好氧产生的硝态氮进行反硝化脱氮并 实现反硝化除磷的目的；出水采用负压恒流的抽吸方式，同时利用穿孔管曝气以减缓膜污染。图一 MSBR实验装置实验用水试验采用人工配水，主要成分有:葡萄糖、淀

4、粉、氯化铵（NH4C1）、碳酸氢钠（NaHCO3）、 磷酸二氢钾（KH2PO3）及硫酸钙（CaSO4nH2O）、硫酸亚铁（FeSO4 7H2O）、硫酸镁 （MgSO4 7H2O）等微量元素，其中进水 COD 为 250400mg/L, NH3-N 为 1630mg/L, TP 为 38mg/L。分析方法溶解氧（DO）采用溶解氧自动测定仪，COD采用重铬酸钾法，TN采用紫外分光光度 法，TP采用钼酸铵分光光度法，NH3-N采用钠氏试剂分光光度法，MLSS采用重量法，温度 采用普通水银温度计。表一操作参数h效容桐.爪HF1LL11?ET-il353-4周钮T）An：n膜两址S结果NH3-N的去除如

5、图2所示，通过比较进、出水和反应器中上清液的氨氮浓度，可以看出在曝气即硝化时间为0.5h时，上清液中氨氮平均浓度为0.99mg/L，出水平均浓度为0.86mg/L,去除率 分别为95.35%和95.97%。这和大多数学者的研究相同3-4:出水NH3-N浓度和反应器 内混合液的NH3-N浓度基本相同，微滤膜对小分子物质无截留作用，NH3-N的去除主要靠 微生物的硝化和同化作用来完成。由于MBR反应器可以实现水力停留时间和泥龄的完全 分离，维持系统较长的泥龄，保证硝化菌的正常生长；同时，膜丝对微生物有效的截留作用 保证了装置中高浓度的硝化菌，二者的共同作用使硝化菌种充足。由试验数据可以看出，在 控

6、制曝气时反应器中的DO=3.6mg/L时，30min的曝气即可满足系统的硝化要求。图二氨氮的去除效果总氮的去除M-SBR在曝气、搅拌阶段分别进行硝化和反硝化反应，使系统的脱氮效果很好。从图 3可见，上清液中总氮的平均去除率为88.27%，系统的平均去除率为89.18%。当进水总氮 从20mg/L40mg/L变化时，出水总氮浓度均低于5mg/L，且大部分 出水在13mg/L。可 见，MBR不仅能提高出水水质，而且具有很强的抗冲击负荷能力。远远高于普通序批式活 性污泥法对总氮的去除，主要是因为MBR中可维持高的污泥浓度，当硝化反应完全后，系 统进入缺氧搅拌段使反硝化得以进行，从而使总氮彻底脱除。图

7、三总氮的去除效果总磷的去除生物除磷通过聚磷菌在厌氧阶段释磷，好氧段过量摄取磷，使污水中的磷转移到生物 体内，排放剩余污泥来实现。本实验的除磷效果如图4所示，在运行初始时，出水总磷在 0.32mg/L之间变化，去除率波动较大，在6090%之间。但系统稳定运行后，总磷去除 率达90%以上，出水浓度均在1mg/ L以下，即使进水在38mg/L变化，大部分出水仍 能 保持在0.5mg/L以下，系统有很强的抗冲击负荷能力。可见，对除磷系统来说，1h的厌氧 是充足的，此时进水中携带的碳源及时供给聚磷菌，促进了释磷作用，经过缺氧段的反硝化 除磷和好氧段的摄磷过程，系统达到较高的除磷效率。图四总磷的去除效果周

8、期实验分析试验中氮磷的去除率均可达到90%以上，出水分别小于5mg/L和0.5mg/L，基本解决了 水处理中脱氮除磷难以同时进行的矛盾。为了进一步考察整个周期中脱氮除磷的机理，对系统周期的各个阶段进行了追踪测试。其结果如图5、6所示。0 W 60 知 120150 IM 210240时 pTJ/rniri州厂可B-T -TP图五 完整周期中N.P转化与DO的关系fl ACJ知 120 LW ISG 21024J时 lil/rriin图六完整周期中N.P转化与COD的关系由图5、6可见，1h的厌氧进水是整个工艺的关键部分，此时，反应器中DO浓度迅速 降低，在15min之内就降到1mg/L以下，随

9、后DO仍在降低，并逐渐为0。对应着DO的 变化，氨氮浓度是逐渐升高的，主要因为供氧不足，硝化反应无法进行。进水由于被反应器 中的剩余处理水稀释，随着进水历时的延长，氨氮最高可达8.35mg/L。同样，反应器中的 总氮浓度也出现先降低后升高的现象。通过数据对比可知，在进水初期由于反应器中残存着 溶解氧和硝态氮，此时并未达到真正的厌氧状态，而是一个缺氧阶段。反硝化菌利用进水补 充的碳源进行反硝化作用，使反应器中硝态氮浓度迅速降低。随后，伴随着进水中氮源的不 断增加，总氮浓度开始升高，最大可达8.68mg/L。而总磷浓度则是持续上升的，在进水浓 度为4.5mg/L，进水量为3.2L的情况下，加上反应

10、器中上一周期残存的总磷，其总磷含量在 15.63mg左右。而进水结束时总磷的浓度达6.54mg/L，总磷含量为65.4mg，净增加的49.77mg 磷则是厌氧时聚磷菌释放的，其净增量为原水中含磷量的3倍。进水结束后，系统很快进入好氧曝气阶段，此时DO浓度快速升高，氨氮和总磷的浓度 则急剧降低，曝气结束时，氨氮浓度为3.81mg/L，总磷浓度为0.51mg/L，可见此时的曝气 量是满足硝化和好氧摄磷的。试验发现曝气时总氮的浓度也在降低，可以确定装置中存在同 步硝化反硝化反应，对总氮的脱除量为17.62mg，占总去除率的16.50%。搅拌阶段，伴随DO的降低，氨氮浓度也在不断降低，但降低幅度相当小

11、，主要是供氧 不足，硝化菌活性减弱，硝化反应受到抑制。而此刻总磷浓度也在降低，这和传统的厌氧释 磷好氧摄磷理论是有所不同的，因此，我们推测该工况下存在反硝化聚磷菌（DPB），DPB 以曝气段产生的硝态氮为电子受体反硝化摄磷，其对总磷的去除率约为17.25%。缺氧段是 系统反硝化彻底脱氮的关键环节，此时总氮浓度降为4.57mg/L。从总氮的去除曲线来看， 此时的反硝化速率远低于厌氧初期。主要因为厌氧释磷和好氧曝气消耗了系统中大量的碳源， 此时碳源相对缺乏，使反硝化受到影响。对比厌氧前期反硝化脱氮和缺氧段脱氮发现前者对 脱氮的贡献达52.47%，而后者仅为21.79%。对该系统而言，脱氮的主要过程

12、在碳源充足 的厌氧段前期。为了进一步提高系统总氮的去除效果，可以采用以下两种方法：一是采用分 点进水的方式适当的补充碳源，使反硝化作用进一步提高；二是适当的延长缺氧时间，培养 出更多的反硝化聚磷菌，使在碳源短缺的情况下反硝化聚磷，同步去除氮磷。在出水阶段，采用穿孔管曝气以减缓膜污染，并防止厌氧释磷。试验发现出水初期氨氮 出现快速下降的现象，浓度由3.24mg/L迅速降至1mg/L以下，并在后期保持基本稳定。由 此可见，好氧段的曝气时间或曝气量有所不足，导致前期硝化反应进行不彻底，应延长曝气 时间或加大曝气量。但是从出水效果来看，影响并不大，仍能保持出水氨氮浓度在0.5mg/L 以下。综合考虑延

13、长曝气时间导致水利停留时间变长和曝气量增大导致能耗增多的因素，可 以保持原有曝气时间和曝气量。在出水期间，总氮的浓度不断降低，证明同步硝化反硝化在 MBR中普遍存在的。此时出水总磷浓度基本没变化，稳定在0.5mg/L以下。分析与讨论周期性实验分析，此系统存在同步硝化反硝化现象，一方面由于膜的截留作用，硝化菌 和反硝化菌同时存在系统中；另一方面系统的溶氧不均，使硝化反硝化在不同区域进行， 最终实现了总氮的有效去除在进水初期此系统未实现真正的厌氧，而是首先进入缺氧阶段，此时反硝化菌利用进水 中的碳源进行反硝化脱氮，整个反硝化过程历时20min，随后系统才进入真正的厌氧段。延长厌氧时间发现，系统有效

14、的厌氧释磷时间只有40min,在不增加碳源的基础上，延长 厌氧时间对除磷并无帮助。综合考虑系统的反硝化需要，该系统厌氧1h即可满足脱氮 除磷的要求。结论氮和磷是引起水体富营养化的主要因子，水体中不断积累的氮磷元素促使藻类以及依靠 藻类生长的其他生物迅速生长，耗尽水中的溶解氧，从而使水体变质。目前，我国的大型淡 水湖泊和城市湖泊均存在不同程度的富营养化。如滇池和漕湖严重富营养化，全湖水质为 V-劣V类；太湖中度富营养化，湖水为IV-V类。目前国内建成的大部分污水处理厂均有不 适应新标准要求的问题，一些老污水厂面临着严峻的改造任务，需要考虑对污水中脱氮除磷 进一步去除。而目前生物脱氮除磷具有好的效

15、果。序批式膜生物反应器对生活污水有较好的的去除效果。以上的工艺对污水中COD、氨氮、 总氮、总磷的去除率分别是94.45%、95.72%、89.18%和93.86%.缺氧段的增加，有效的提高 了系统的脱氮能力，脱氮率提高了7个百分点。通过研究发现，膜生物反应器脱氮除磷新技 术具有优越的脱氮除磷性能，对于一般生活污水的处理，两工艺对TN,TP,COD,NH3-N的去除 率达到85%、85%、90%和95%以上，出水可达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)规定的要求。为了发挥更大的作用，需要从以下几个方面对膜生物反应器脱氮 除磷新技术进一步研究。加强适应于污水处理的高通量、耐污染、长寿命和低价格的膜材料与组件的开发加强膜生物反应器应用过程中膜污染在线控制的研究加强膜生物反应器脱氮除磷新技术微生物学机理研究开展膜生物反应器脱氮除磷新技术中试研究和示范工程建设随着我国环保法规的完善、水产业政策的改革和膜分离技术的发展与日益成熟，同时随 着膜制造技术的进步，膜质量的提高和膜制造成本的降低，膜生物反应器的设备投资也