隨著工農業(yè)生產的迅速發(fā)展以及城市化進程的加快，城市綜合污水由高濃度氮、磷營養(yǎng)物質的生活污水和工業(yè)廢水組成，水質已不再是傳統(tǒng)意義上的“市政污水”，污染物組分復雜，難以降解。另一方面，隨著水污染問題日益被重視，尤其是2006年國家推行節(jié)能減排以來，對城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質提出了更高的要求，逐步開始執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級標準。目前我國大部分污水處理廠采用氧化溝、A2/O、SBR等傳統(tǒng)工藝的活性污泥處理方法，出水僅能達到GB18918-2002二級標準。因此，污水處理廠在污水處理工藝上都進行了新的探索，以使出水滿足更嚴格的排放標準。

膜生物反應器(MBR)是將傳統(tǒng)的活性污泥法與膜過濾工藝相結合的一種污水處理工藝，具有占地面積小、出泥少、出水水質穩(wěn)定等特點。隨著MBR及其組合工藝研究的不斷深入，使得其在中大型污水處理廠中實際運用變?yōu)榭赡�。本實驗主要研究了用水解酸�?mdash;膜生物反應器(MBR)相結合的工藝處理含有大量印染廢水的城市綜合污水，使水質達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準的要求。

1實驗部分

1.1工藝流程

本實驗的工藝流程為原水經過格柵、初沉池后進入水解酸化池，進行反硝化。污泥混合液由泵提升到MBR中進行好氧反應，并通過膜片過濾后出水，從而使最終出水達到排放的要求。其工藝流程如圖1所示。

1.2實驗設備

本實驗中，MBR系統(tǒng)內置膜元件是TO-RAY公司生產的TMR140系列的平板膜。該膜片主要用于膜生物反應器，膜片具體參數為：平板式膜，膜孔徑0.2μm，過濾方式為錯流抽吸過濾，膜材料為PVDF+PET無紡布，框架材料為ABS樹脂。MBR系統(tǒng)為外形1m×1m×2.5m的箱體，有效水深2m，運行由PLC自動控制。系統(tǒng)每片模的設計出水水量為600L/h。采用真空泵出水，流量2m3/h，揚程14m，轉速2800r/min，功率370W。出水真空泵為間歇運行，運行8.5min停1.5min。系統(tǒng)曝氣量設定為10~15m3/h，風機采用三葉羅茨鼓風機，轉速1000r/min，流量20m3/h，功率750W。

1.3原水水質

本實驗為中試實驗。實驗用原水為嘉興某污水處理廠初沉池出水，水質指標為COD200~450mg/L，BOD50~120mg/L，SS110~350mg/L，NH4+-N15~45mg/L，TN25~65mg/L，TP3.6~18.5mg/L。

1.4實驗方法

本實驗開始時，向水解酸化池和MBR系統(tǒng)中接種污泥，接種污泥的混合液發(fā)揮性懸浮固體(MLVSS)質量分數達到40%左右，考慮到接種污泥活性較低，接種量約為懸浮固體(MLSS)200mg/L。而后MBR系統(tǒng)進行悶曝，期間每天向裝置內添加葡萄糖、碳酸銨和磷酸二氫鉀等營養(yǎng)物質，5d后啟動試驗裝置。經過60d的連續(xù)運行，MBR系統(tǒng)污齡為90d，回流比為200%，每天處理水量為12m3。

1.5測定項目與方法

各工藝環(huán)節(jié)測定項目包括pH、SS、COD、TN、NH4+-N、TP、色度等，均采用國家規(guī)定的標準方法以及國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》提供的方法進行測定。其中COD測定用重鉻酸鉀法，色度測定用稀釋倍數法，TN測定用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，TP測定用鉬酸銨分光光度法，NO3--N測定用紫外分光光度法，NH4+-N測定用納氏試劑分光光度法;NO2--N測定用分光光度法;混合液懸浮固體(MLSS)、MLVSS、SS測定用重量法，pH值用pH試紙測量，DO、pH和溫度測定用儀器法(WTWOxiLevel2便攜式溶解氧儀)。

2實驗結果與討論

原水經水解酸化—MBR系統(tǒng)處理后，COD、SS、NH4+-N、TN和色度出水水質均能達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準，各污染物去除率也高于傳統(tǒng)的活性污泥法。

2.1污泥性狀變化

為了考察水解酸化—MBR反應器中微生物膜隨啟動時間的動態(tài)變化，本研究定期對污泥取樣，用掃描電鏡考察污泥中的微生物相的情況。

與常規(guī)活性污泥相比，正常運行MBR中的污泥形態(tài)比較松散，無較明顯的絮狀形態(tài)，產生這種現象的主要原因有兩種：一是MBR中曝氣量過大，將污泥絮狀結構催散;二是MBR中MLSS較高。污泥處于內源呼吸階段，很難形成絮狀結構。

2.2對SS的處理效果

MBR膜本身空隙較小(<0.2μm)，因此對懸浮物的去除也主要依靠過濾作用。系統(tǒng)啟動之初MBR對SS的去除率僅為83.1%，這是由于啟動階段因膜面沉積層尚未形成，系統(tǒng)對懸浮物的去除主要依靠膜孔的截留作用，即膜的篩濾作用，MBR系統(tǒng)膜組件與管路連接部位存在微小間隙，導致SS通過。經過一段時間的運行，MBR系統(tǒng)穩(wěn)定后，隨著截留物質的增多，膜上逐漸形成凝膠層，此時對SS去除貢獻來源于這層凝膠層。出水SS保持在0.5~3.0mg/L。這說明，正常運行后MBR膜對SS的截留機理發(fā)生變化，在泥水分離過程中膜實際起了一個骨架作用，膜表面凝膠層對小分子物質的截留往往具有不可替代的作用。膜面形成的沉積層協同膜的截留作用，提高了對懸浮物的去除率。

2.3對COD的去除效果

MBR對有機物的去除主要來自兩方面的作用：一是生物反應器對有機物的降解;二是膜的截留，大分子物質及懸浮物被截留于反應器后可比傳統(tǒng)活性污泥法獲得更多的與微生物的接觸時間和機會，同時膜的截留也有助于某些專性微生物的培養(yǎng)，進而提高對有機物的去除率。

此外，在系統(tǒng)啟動后的前10d生物反應器對COD的去除率相對較低，COD去除率均在70%以下。經過顯微鏡觀察發(fā)現，微生物種類和數量較少，且微生物在污水中的運動性較差。在此階段，對COD的去除主要是依靠膜的截留作用，有機大分子物質和懸浮物被截留下來，而有機小分子物質和可溶性的有機物沒有被去除。隨著時間的增加，反應器內微生物濃度和活性都逐漸升高，生物降解發(fā)揮作用，從而使COD去除率得到提高。系統(tǒng)穩(wěn)定后，COD去除率>89.90%，雖然進水COD在200~450mg/L之間波動，但出水COD穩(wěn)定在40~50mg/L之間。運行后期，由于水解酸化工藝段微生物體系的成熟，提高了進入MBR系統(tǒng)污水B/C值，更加有利于MBR反應器微生物生物降解作用，出水COD進一步降低到20~35mg/L。

2.4對NH4+-N的去除效果

膜分離使微生物完全被截流在生物反應器內，使得系統(tǒng)內能夠維持較高的微生物濃度，并且膜的截留作用防止了硝化菌的流失，給生物反應器內的增殖緩慢的硝化菌的保持高濃度創(chuàng)造了有利的條件，從而大大提高了硝化效率。當系統(tǒng)穩(wěn)定后，出水NH4+-N接近于零。MBR內去除NH4+-N主要靠硝化菌的硝化作用，考慮到MBR膜片的反沖洗要求，MBR生物反應器內溶解氧(DO)高于普通活性污泥法反應器，本實驗過程中MBR內DO值一直保持在5mg/L左右，在MBR內形成良好的好氧環(huán)境，利于硝化菌通過硝化作用去除NH4+-N。另外，MBR正常運行時MLSS高達24.0g/L左右，MBR內微生物，尤其是硝化菌群量大也利于NH4+-N去除。該工藝運行期間NH4+-N去除效果較好的另一個原因是該工藝污泥齡較長，為90d，時間較長的亞硝化菌和硝化菌得以富集，使得系統(tǒng)具有較強的硝化能力。

2.5對TN的去除效果

污水處理廠出水TN主要包括NH4+-N、NO3--N和NO2--N。實驗期間出水NH4+-N一直較低，NO2--N也較低(為0.02~0.08mg/L)，出水TN以NO3--N為主，影響出水NO3--N濃度的主要因素為進水C/N和水解酸化池HRT。系統(tǒng)啟動初期，由于水解酸化系統(tǒng)反硝化菌群尚不成熟，TN的去除率較低;水解酸化系統(tǒng)內MLSS提高后，TN的平均去除率有所提高，通過增加水解酸化池有效容積延長HRT后，此時TN的去除率進一步提升。實驗系統(tǒng)中，TN的去除依賴于水解酸化工藝。

2.6對TP的去除效果

整個運行階段中，TP的去除率雖隨著MLSS增加略有增加，但出水TP一直在1.8mg/L以上。MBR為獲得理想的硝化效果須有較長的污泥齡。而除磷過程必須短泥齡運行，因此脫氮和除磷在泥齡選擇上存在矛盾;在釋磷和反硝化過程中存在對碳源的競爭，因此同樣難以同時達到最佳的脫氮除磷效果。MBR工藝低的有機物負荷，高的回流污泥比和污泥齡，適于硝化反應，但高的回流比使水解酸化池中一直大量存在NO2--N和NO3--N，反硝化菌與聚磷菌同時存在，兩者形成競爭關系，導致聚磷菌無法厭氧釋磷，從而在NBR中無法實現耗氧吸磷。可見，要利用MBR實現TP較好的去除，需要解決NO2--N和NO3--N濃度過高的問題以及釋磷效果及污泥齡過長的問題。具體可以通過平衡硝化與反硝化時間，直至NO2--N和NO3--N濃度降低，并投加適量的碳源，同時調節(jié)MBR的污泥齡到合適的值，或者采用協同化學除磷的方式(即投加FeCl3、AlCl3及聚合氯化鋁等化學除磷絮凝劑，在排泥的同時實現除磷)等。

2.7對色度的去除效果

MBR系統(tǒng)啟動之初，色度去除率就達75%，系統(tǒng)穩(wěn)定后，色度去除率達到87.5%以上。經分析，這是膜的截留作用和生物降解作用的結果，帶有顏色的大分子物質和懸浮物被截留下來，微生物將部分有機物降解使其脫色，從而降低了出水色度。

3結論

利用水解酸化—MBR工藝處理城市綜合污水，除TP外，出水COD、NH4+-N、TN指標符合GB18918-2002一級A標準。應對MBR出水再采用一定的強化除磷措施(如投加化學除磷藥劑等)。

水解酸化—MBR工藝是處理城市綜合污水的一種可行方案，在實際運用中還需注意膜污染的問題，以延長裝置使用壽命。

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