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摘要：本研究通过试验，研究采用一体式A/O-MBR工艺处理农村生活污水，分析结果表明，该工艺对污染物的总体去除效果良好，工艺运行稳定后出水CODcr平均值17.13 mg/L、氨氮平均值1.38 mg /L、SS 平均值3.31 mg /L，均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标的排放。为MBR工艺技术处理类似的农村生活污水提供一种有益的参考。
关键词：污水处理；A/O-MBR；去除效果
随着我国社会经济的快速发展，农村生活污水的污染也越来越严重。由于农村地区的生活污水排放比较分散，一般未经处理就直接排入附近小沟渠道并最终进入江河等受纳水体，导致整个地区的水环境污染呈现不断加剧的趋势。目前，农村水环境整治已成为各地政府的一项重要工作，不同地域农村水环境的基本现状复杂多样，在选择污水处理工艺时需要对多个指标进行评价，因此，建立一套基于地域特性的指标评价体系至关重要。在此基础上，本研究利用A/O-MBR工艺为一体的膜生物反应装置来处理农村生活污水，分析了该一体化反应装置的启动条件及稳定运行时对农村生活污水的处理效果。
1.试验装置及方案
1.1试验装置工艺流程
本试验装置主要由储水桶、缺氧池、好氧池、清水池组成，污水进入储水桶后利用厌氧、兼性微生物降解水中部分有机污染物，然后进入接触氧化池，最后进入清水池，分离接触氧化池出水中的活性污泥，并回流污泥至厌氧过滤池进水端，沉淀池出水计量外排。工艺流程如图1所示。
图1生活污水处理工艺流程示意图
1.2试验用水
本试验所用的污水以广州花都区某CASS污水厂调节池出水为研究对象，根据该水厂监测数据，其BOD5/COD＞0.3，污水的可生物降解性良好，污水实测水质如表1所示。
1.3水质分析方法
本研究对水质进行监测与分析采用的方法如表2所示。其中，CODcr的标准曲线：y=0.0004x－0.0004，R2=0.9997；
氨氮的标准曲线：y=0.171x+0.004，R2=0.999；
总磷的标准曲线：y=0.077x+0.005，R2=0.999．
1.4污泥驯化
本A/O-MBR膜生物反应装置试验所采用的接种污泥全都取自该CASS污水处理厂二沉池的排放污泥，该污水处理厂采用CASS生物处理工艺达到有机物和氮磷的去除，因此污泥微生物相丰富，接种污泥的SVI值在58.3～65.7mL/g之间[1]。污泥驯化的流程为：闷曝24h之后，风机停止曝气，静置1h，排去好氧池上清液直至显现膜支架1/2处；然后重新补满原水进行污泥驯化.重复进行2d之后，开始进行小通量测量的进、出水各项指标。
2.结果与分析
2.1 CODcr去除效果分析
在A/O-MBR膜生物反应装置启动运行过程中，随着运行时间的增加，反应装置进出水的CODcr浓度及其去除率的变化如图2、图3所示。
图2 CODcr浓度随运行时间变化曲线
从图2可以看出，A/O-MBR反应装置的进水CODcr浓度波动比较小，浓度范围在168~192mg/L之间，平均浓度值为176mg/L.反应装置运行10d后，出水CODcr浓度范围在13~26mg/L之间，平均浓度在16.8mg/L，虽然有轻微波动，但整个曲线趋于平缓，这说明反应装置内的生物相成长已接近成熟，菌胶团逐步增大，大颗粒污泥正在形成，生物相对反应装置内的污染物已经逐渐适应，并实现对供试污水进行处理，达到降低污染物的作用[2]。
图3 CODcr去除效率随运行时间变化曲线
从图3可以看出，在污泥驯化开始的3d中，对CODcr还是有60%以上的去除率，对CODcr去除效果可以验证膜对悬浮有机物的截留。随着反应装置经过一段时间的运行驯化，活性污泥中原有微生物在新的工况环境中慢慢地适应调整，开始改变转好活性污泥的性状，污泥沉降比（SV%）在40%～50%，污泥浓度SVI逐步提高，稳定在5000~6000mg/L左右.此阶段，膜生物反应装置对有机污染物去除效果起作用，开始从膜组件对有机污染物的截留作用向微生物对有机污染物的分解、合成代谢作用转变[3]。经试验测定，本膜生物反应器装置启动10d之后，对有机污染物的去除效率可达到90%以上。
2.1.1膜对CODcr去除的影响
在A/O-MBR运行工艺中，由于膜组件在出水时对混合液中的污泥起到截留作用：一方面，反应装置的污泥浓度得以提高，进而增加单位体积下的微生物总量；另一方面，增长其有机污染物与活性污泥的接触时间.此外，由于膜元件的截留作用，膜生物反应器对有机物的去除能力在很大程度上得到强化。
2.1.2溶解氧浓度与CODcr去除率的关系
溶解氧浓度是膜生物反应器运行的重要参数，其不仅向反应器中的活性污泥中的微生物种群提供氧气，而且曝气使得反应器中的水流产生搅动，加剧了反应器中的紊流程度，产生水力剪切力.曝气还能使膜元件表面产生一定程度上的震动，剔除附着在膜元件表面上的污染物，延长膜元件清洗的周期．A/O-MBR反应装置稳定运行期间，好氧曝气区DO浓度的不同，反应装置对CODcr的去除效果可能存在差异.不同溶解氧浓度下，反应器CODcr去除率的变化情况如图4所示。
图4溶解氧浓度对CODcr去除效率的影响
由图4可以看出：在保持好膜生物反应装置中缺氧区间的溶解氧浓度在0~0.5mg/L的条件下，通过调节曝气的强度，改变好氧区间的溶解氧浓度，从1.5～2.5mg/L升至2.5～3.5mg/L，再升至3.5～4.5mg/L，整个污水处理系统对CODcr的去除效率在85.47%~92.65%范围内，去除效率随着溶解氧浓度的变化，先升高再降低，平均去除效率为90.26%。
试验发现，将反应装置好氧区间溶解氧浓度控制在1.5~4.5mg/L范围内时，系统对有机物的去除没有很大的影响。所以，从节省能源的角度上来看，反应装置可以考虑在低溶氧浓度范围下的工况下运行.相关研究发现，并不是增加溶解氧浓度就有利于提高反应装置的处理效果，溶解氧浓度的选定有一个最佳值，低于此数值时，不利于硝化反应进行，抑制反应装置内生物活性，高于此数值时，不利于在反应装置内形成粒径较大的大颗粒污泥，这就使得反应装置内生化反应进行缓慢，不利于其他污染物的去除．
2.2氨氮去除效果分析
在A/O－MBR膜生物反应装置启动运行过程中，随着运行天数的增加，反应装置进、出水氨氮浓度及其去除率的变化如图5、图6所示．
图5随运行时间变化氨氮去除效果
从图5可以看出，反应装置运行30d后，其进水氨氮浓度一直稳定在16.6~18.6mg/L的范围之内，平均值为17.7mg/L，培养系统运行13d后，出水氨氮浓度范围在1.16~1.58mg/L之间，平均浓度为1.38mg/L。可见，反应装置在运行一段时间之后，对氨氮的去除效果比较稳定。
图6随运行时间变化氨氮去除效率曲线
从图6可以分析得出，系统运行13d后，反应装置的氨氮平均去除率91.29%，最高为93.17%，出水水质稳定.其中氨氮已达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918－2002一级A标，可满足污水排放的要求。
为了探究膜生物反应器中含氮有机物的分布情况，通过检测，好氧池中的上清液中氨氮平均含量为1.47mg/L，与出水中的氨氮平均含量1.38mg/L相比，整个污水处理系统总去除率和生物反应器的去除率没有很大的差别.可见，平板膜的分离、截留作用对氨氮的去除并无太大的贡献，对含氮有机物的去除主要是微生物新陈代谢的作用。
针对本试验对象属于低有机负荷的生活污水，A/O-MBR工艺与传统活性曝气污泥法相比，具有更强的硝化效果。这是因为在传统活性曝气污泥法中，有机负荷是影响硝化效果一个很重要的因素.在低浓度的有机负荷的条件下，相比于其他类细菌，硝化细菌的生长不占据优势，硝化菌的比增长速度较小，并且由于排泥的需要，硝化细菌来不及生长就排出系统。而在A/O-MBR运行工艺中，由于膜组件在出水时对混合液中的污泥起到截留作用：一方面，反应器的污泥浓度得以提高，进而增加单位体积下的微生物总量，并且，可以促进繁殖生长世代周期较长的硝化细菌，进而实现好氧硝化菌的富集；另一方面，增长了氨氮与活性污泥中的微生物的接触时间，从而，提高了污水中氨氮的去除效率。
2.3总磷去除效果分析
在A/O-MBR膜生物反应装置启动运行过程中，反应装置采取无排泥状态运行，随着运行天数的增加，反应装置进、出水总磷浓度及其去除率的变化如图7、图8所示。
从图7、图8可以看出，反应装置的进水总磷浓度波动比较小，浓度范围在2.23~2.57mg/L之间，平均浓度值为2.37mg/L.在启动初期，反应装置运行的17d内，总磷的去除效率呈上升的趋势，因为在反应装置的运行初始阶段，活性污泥的生长需要吸收一部分磷，随着系统的驯化稳定，细胞对磷需求量的减少，加之没有排出剩余富磷污泥的原因，造成系统中磷的不断积累，总磷去除率随着系统运行时间的延长出现下降趋势，运行25d后，总磷的去除效率为23.81%~29.91%。
试验表明，反应装置在无排泥条件下连续运行，总磷的去除效率不稳定，磷在反应装置中有明显的累积现象.试验中除每天取泥样外无排泥，从理论上讲，反应装置不能满足生物除磷条件，总体来说，对磷的去除效果不佳。
由于在本次试验研究中，反应器在运行17d时，总磷的去除效果呈上升态势，所以，针对类似生活污水，可以将污泥龄的控制在17d左右.在具体工程的运行中应经过试验来确定其数值，并且探究排泥量对反应系统稳定性的影响。
2.4 SS去除效果分析
在反应装置启动运行过程中，随着运行天数的增加，反应装置进、出水SS浓度及其去除率的变化如图9所示。
图9 SS的处理效率
从图9可以看出，从反应装置开始启动运行的30d内，反应装置的SS进水浓度范围为119~132mg/L，平均浓度为126.5mg/L，SS出水的浓度范围在3.0~3.6mg/L，平均浓度为3.31mg/L，进、出水的SS浓度波动不大.SS的处理效率为97.14%～97.63%.可见，在膜的截留作用下，SS的去除效果良好，并且稳定。
由于农村生物污水的自身的有机物含量就比较低，用传统活性污泥处理有着很大的局限性，而在本次试验所使用的A/O-MBR工艺中膜的截留作用保证了反应装置内的微生物量，从而得到了稳定良好的出水水质。
3.结论
综上所述，在A/O-MBR中，微生物对有机物和氨氮的降解起主导作用；膜生物反应器对溶解性有机物的去除也可起到一定的作用，提高出水水质。通过试验表明，A/O-MBR 反应装置对CODcr、氨氮、SS 的去除效果比较理想，装置运行稳定性较好，其出水的CODcr、氨氮、SS 平均值分别为17.13、1.38、3.31mg /L，均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918 － 2002 一级A 标的排放，该工艺对改善农村水环境具有十分重要的作用，对农村生活污水的处理具有重要的参考价值。
参考文献：
[1]胡瑜，郭军，王振.A/O—MBR工艺在生活污水处理中的应用[J].科技资讯，2012（1）：113-114.
[2]姚远.A/O+MBR工艺在生活污水处理站中的应用[J].给水排水，2016（s2）：110-113.
[3]史卫华.城市生活污水处理工艺及回用技术研究[J].现代盐化工.2017（06）：20-21
[4]宣保强.A/O+MBR工艺在某核电厂生活污水处理中的应用[J]. 给水排水.2013（S1）：432-435
[5]陈卫，武迪，朱宁伟，郑晓英，李激，羊鹏程.A/A/O-MBR组合工艺强化去除氨氮及其硝化速率[J].土木建筑与环境工程.2010.32（04）：90-94
论文作者:陈锦标
论文发表刊物:《基层建设》2018年第16期
论文发表时间:2018/7/23
标签：装置论文; 浓度论文; 污泥论文; 污水论文; 污染物论文; 污水处理论文; 溶解氧论文; 《基层建设》2018年第16期论文;