隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的加快，城市綜合污水由高濃度氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生活污水和工業(yè)廢水組成，水質(zhì)已不再是傳統(tǒng)意義上的“市政污水”，污染物組分復(fù)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(guó)家推行節(jié)能減排以來(lái)，對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。目前我國(guó)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(dá)到GB18918-2002二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。因此，污水處理廠在污水處理工藝上都進(jìn)行了新的探索，以使出水滿足更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。

膜生物反應(yīng)器(MBR)是將傳統(tǒng)的活性污泥法與膜過(guò)濾工藝相結(jié)合的一種污水處理工藝，具有占地面積小、出泥少、出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。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(shí)際運(yùn)用變?yōu)榭赡堋１緦?shí)驗(yàn)主要研究了用水解酸化—膜生物反應(yīng)器(MBR)相結(jié)合的工藝處理含有大量印染廢水的城市綜合污水，使水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1工藝流程

本實(shí)驗(yàn)的工藝流程為原水經(jīng)過(guò)格柵、初沉池后進(jìn)入水解酸化池，進(jìn)行反硝化。污泥混合液由泵提升到MBR中進(jìn)行好氧反應(yīng)，并通過(guò)膜片過(guò)濾后出水，從而使最終出水達(dá)到排放的要求。其工藝流程如圖1所示。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)中，MBR系統(tǒng)內(nèi)置膜元件是TO-RAY公司生產(chǎn)的TMR140系列的平板膜。該膜片主要用于膜生物反應(yīng)器，膜片具體參數(shù)為：平板式膜，膜孔徑0.2μm，過(guò)濾方式為錯(cuò)流抽吸過(guò)濾，膜材料為PVDF+PET無(wú)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(yùn)行由PLC自動(dòng)控制。系統(tǒng)每片模的設(shè)計(jì)出水水量為600L/h。采用真空泵出水，流量2m3/h，揚(yáng)程14m，轉(zhuǎn)速2800r/min，功率370W。出水真空泵為間歇運(yùn)行，運(yùn)行8.5min停1.5min。系統(tǒng)曝氣量設(shè)定為10~15m3/h，風(fēng)機(jī)采用三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速1000r/min，流量20m3/h，功率750W。

1.3原水水質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)為中試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用原水為嘉興某污水處理廠初沉池出水，水質(zhì)指標(biāo)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(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，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(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)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(jìn)行悶曝，期間每天向裝置內(nèi)添加葡萄糖、碳酸銨和磷酸二氫鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，5d后啟動(dòng)試驗(yàn)裝置。經(jīng)過(guò)60d的連續(xù)運(yùn)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(cè)定項(xiàng)目與方法

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

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

原水經(jīng)水解酸化—MBR系統(tǒng)處理后，COD、SS、NH4+-N、TN和色度出水水質(zhì)均能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)器中微生物膜隨啟動(dòng)時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，本研究定期對(duì)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(yùn)行MBR中的污泥形態(tài)比較松散，無(wú)較明顯的絮狀形態(tài)，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因有兩種：一是MBR中曝氣量過(guò)大，將污泥絮狀結(jié)構(gòu)催散;二是MBR中MLSS較高。污泥處于內(nèi)源呼吸階段，很難形成絮狀結(jié)構(gòu)。

2.2對(duì)SS的處理效果

MBR膜本身空隙較小(<0.2μm)，因此對(duì)懸浮物的去除也主要依靠過(guò)濾作用。系統(tǒng)啟動(dòng)之初MBR對(duì)SS的去除率僅為83.1%，這是由于啟動(dòng)階段因膜面沉積層尚未形成，系統(tǒng)對(duì)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(dǎo)致SS通過(guò)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，MBR系統(tǒng)穩(wěn)定后，隨著截留物質(zhì)的增多，膜上逐漸形成凝膠層，此時(shí)對(duì)SS去除貢獻(xiàn)來(lái)源于這層凝膠層。出水SS保持在0.5~3.0mg/L。這說(shuō)明，正常運(yùn)行后MBR膜對(duì)SS的截留機(jī)理發(fā)生變化，在泥水分離過(guò)程中膜實(shí)際起了一個(gè)骨架作用，膜表面凝膠層對(duì)小分子物質(zhì)的截留往往具有不可替代的作用。膜面形成的沉積層協(xié)同膜的截留作用，提高了對(duì)懸浮物的去除率。

2.3對(duì)COD的去除效果

MBR對(duì)有機(jī)物的去除主要來(lái)自兩方面的作用：一是生物反應(yīng)器對(duì)有機(jī)物的降解;二是膜的截留，大分子物質(zhì)及懸浮物被截留于反應(yīng)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(shí)間和機(jī)會(huì)，同時(shí)膜的截留也有助于某些專性微生物的培養(yǎng)，進(jìn)而提高對(duì)有機(jī)物的去除率。

此外，在系統(tǒng)啟動(dòng)后的前10d生物反應(yīng)器對(duì)COD的去除率相對(duì)較低，COD去除率均在70%以下。經(jīng)過(guò)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，微生物種類和數(shù)量較少，且微生物在污水中的運(yùn)動(dòng)性較差。在此階段，對(duì)COD的去除主要是依靠膜的截留作用，有機(jī)大分子物質(zhì)和懸浮物被截留下來(lái)，而有機(jī)小分子物質(zhì)和可溶性的有機(jī)物沒有被去除。隨著時(shí)間的增加，反應(yīng)器內(nèi)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(jìn)水COD在200~450mg/L之間波動(dòng)，但出水COD穩(wěn)定在40~50mg/L之間。運(yùn)行后期，由于水解酸化工藝段微生物體系的成熟，提高了進(jìn)入MBR系統(tǒng)污水B/C值，更加有利于MBR反應(yīng)器微生物生物降解作用，出水COD進(jìn)一步降低到20~35mg/L。

2.4對(duì)NH4+-N的去除效果

膜分離使微生物完全被截流在生物反應(yīng)器內(nèi)，使得系統(tǒng)內(nèi)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(yīng)器內(nèi)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(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后，出水NH4+-N接近于零。MBR內(nèi)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(yīng)器內(nèi)溶解氧(DO)高于普通活性污泥法反應(yīng)器，本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中MBR內(nèi)DO值一直保持在5mg/L左右，在MBR內(nèi)形成良好的好氧環(huán)境，利于硝化菌通過(guò)硝化作用去除NH4+-N。另外，MBR正常運(yùn)行時(shí)MLSS高達(dá)24.0g/L左右，MBR內(nèi)微生物，尤其是硝化菌群量大也利于NH4+-N去除。該工藝運(yùn)行期間NH4+-N去除效果較好的另一個(gè)原因是該工藝污泥齡較長(zhǎng)，為90d，時(shí)間較長(zhǎng)的亞硝化菌和硝化菌得以富集，使得系統(tǒng)具有較強(qiáng)的硝化能力。

2.5對(duì)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(shí)驗(yàn)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(jìn)水C/N和水解酸化池HRT。系統(tǒng)啟動(dòng)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(nèi)MLSS提高后，TN的平均去除率有所提高，通過(guò)增加水解酸化池有效容積延長(zhǎng)HRT后，此時(shí)TN的去除率進(jìn)一步提升。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，TN的去除依賴于水解酸化工藝。

2.6對(duì)TP的去除效果

整個(gè)運(yùn)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(zhǎng)的污泥齡。而除磷過(guò)程必須短泥齡運(yùn)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(guò)程中存在對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)，因此同樣難以同時(shí)達(dá)到最佳的脫氮除磷效果。MBR工藝低的有機(jī)物負(fù)荷，高的回流污泥比和污泥齡，適于硝化反應(yīng)，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(shí)存在，兩者形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，導(dǎo)致聚磷菌無(wú)法厭氧釋磷，從而在NBR中無(wú)法實(shí)現(xiàn)耗氧吸磷�？梢�，要利用MBR實(shí)現(xiàn)TP較好的去除，需要解決NO2--N和NO3--N濃度過(guò)高的問題以及釋磷效果及污泥齡過(guò)長(zhǎng)的問題。具體可以通過(guò)平衡硝化與反硝化時(shí)間，直至NO2--N和NO3--N濃度降低，并投加適量的碳源，同時(shí)調(diào)節(jié)MBR的污泥齡到合適的值，或者采用協(xié)同化學(xué)除磷的方式(即投加FeCl3、AlCl3及聚合氯化鋁等化學(xué)除磷絮凝劑，在排泥的同時(shí)實(shí)現(xiàn)除磷)等。

2.7對(duì)色度的去除效果

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

3結(jié)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(biāo)符合GB18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)對(duì)MBR出水再采用一定的強(qiáng)化除磷措施(如投加化學(xué)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(shí)際運(yùn)用中還需注意膜污染的問題，以延長(zhǎng)裝置使用壽命。

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