改良型A2/O-MBR工艺的反硝化除磷性能

Posted 2023-01-13 工艺

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摘要：重点考察了一种改良型膜生物反应器（A2/O-MBR）的脱氮除磷性能。该工艺主要特点在于对膜池硝化回流液进行了固液分离，并将上清液和浓缩污泥分别回流至缺氧池和厌氧池，这种改进提高了系统对氮、磷的同步去除效率。实验结果表明，在水力停留时间（HRT）为12 h，污泥龄（SRT）为30 d，混合液回流比为200%的运行条件下，进水COD、NH4+-N、TN和TP平均浓度分别为（225±38）、（24.8±3.9）、（26.7±2.9）和（2.90±0.53）mg/L时，增加膜池硝化回流液固液分离装置前后，系统对COD和NH4+-N的去除都维持在较高水平，而系统对TN和TP的去除效果显著提高，出水TN和TP平均浓度分别由（14.9±3.3）mg/L和（1.95±0.72）mg/L下降到（9.4± 1.9）mg/L和（0.91±0.38）mg/L，表明增加膜池硝化回流液固液分离装置显著改善了A2/O-MBR系统的脱氮除磷效果。反硝化除磷活性实验结果进一步表明，改进后系统中反硝化除磷活性占总除磷活性的比例由51.5%上升至61.7%，说明增加膜池硝化回流液固液分离装置强化了系统的反硝化除磷性能。

随着水体富营养化以及水资源短缺问题日渐突出，污水处理技术在有效去除有机物的基础上，对氮、磷的去除提出了新的要求，以控制富营养化为目的的脱氮除磷污水处理技术成为了研究热点。厌氧-缺氧-好氧（A2/O）工艺作为当今最常用的生物脱氮除磷工艺，已广泛应用于国内外大型污水处理厂，但是A2/O工艺的缺陷在于硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争，因此，很难在单一系统中同时获得氮、磷的高效去除。

近年来，反硝化除磷技术因其在去脱氮除磷效率和节约能耗方面彰显出的优势而备受关注。反硝化除磷技术是指利用反硝化聚磷菌（DPAOs）在缺氧条件下，以硝酸盐为电子受体，同步完成反硝化（脱氮）和过量摄磷（除磷）过程的一种处理技术。。

与传统生物脱氮除磷相比，反硝化除磷缓解了反硝化过程和生物除磷过程对有机碳源需求的矛盾，以及硝化菌和聚磷菌（PAOs）所需的最佳污泥龄相抵触等矛盾。有学者研究表明：反硝化除磷过程与传统脱氮除磷相比，可以降低30%的氧气消耗量，减少约50%的污泥产量，因此反硝化除磷工艺被视为一种可持续污水处理工艺。陈永志等研究证明通过控制A2/O工艺参数，可使A2/O工艺具有一定的反硝化除磷性能。张志超等也研究证明，在复合式膜生物反应器（MBR）工艺中也存在反硝化除磷现象。

膜生物反应器技术具有微生物浓度高、抗冲击负荷能力强、出水可回用等独特优势，其与A2/O等传统工艺的结合，已被证明是处理城市生活污水的有效手段之一。A2/O - MBR工艺结合了A2/O工艺和膜分离技术各自的优点，很好地解决了传统活性污泥法同步脱氮除磷时两者所需污泥龄不同的矛盾，进一步拓展了MBR的应用范畴。

本实验在A2/O工艺与MBR工艺相结合的基础上，为了避免膜池硝化回流液中过多的溶解氧对缺氧池和厌氧池的冲击，采取了对膜池硝化回流液进行固液分离的措施，将浓缩沉淀后回流污泥送到厌氧段，含有较高浓度硝酸盐的上清液送到缺氧段。

本研究将这种带有膜池硝化液固液分离功能的A2/O-MBR工艺，称为改良型A2/O-MBR工艺。本文重点考察改良型A2/O-MBR工艺的脱氮除磷性能，特别是反硝化除磷性能。

1材料及方法

1.1实验装置

本实验用的装置由有机玻璃板制成，反应器有效容积为50l，由厌氧池、缺氧池、膜池组成，其体积比为2:3:4。在厌氧池、缺氧池分别设置慢速搅拌器，保证混合均匀。实验采用的膜组件是日本三菱公司生产的中空纤维膜，膜的材料为聚乙烯（PE），膜的有效面积为0.24m2，孔径为0.4μm。

装置其他组成部分包括进水系统、混合液回流系统、硝化液固液分离装置、排放系统以及控制系统等，装置示意图如图1所示，其中图1（a）是传统的A2/O-MBR工艺，图1（b）是增加了硝化液固液分离装置的改良型A2/O-MBR工艺。

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