李 靜，李 征，張彥平，李金國，劉子晨，張 雨

（ 1. 河北工業(yè)大學 土木工程學院，天津 300401；2. 中國市政工程華北設計研究總院 第一設計研究院，天津 300074）

A/O-MBR-臭氧-活性炭工藝處理混合污水的試驗研究

李 靜1，李 征2，張彥平1，李金國2，劉子晨1，張 雨1

（ 1. 河北工業(yè)大學 土木工程學院，天津 300401；2. 中國市政工程華北設計研究總院 第一設計研究院，天津 300074）

建立水解-好氧膜生物-臭氧-活性炭組合工藝處理工業(yè)和生活的混合污水．試驗結(jié)果表明，在不同的進水流量下，生物處理工藝對 COD、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、SS 和色度均有穩(wěn)定的處理效果．單純活性炭吸附、臭氧氧化和臭氧-活性炭組合工藝處理可進一步降低生化出水的 COD 濃度．組合工藝的出水水質(zhì)滿足 GB18918-2002 的一級 B 標準．

A/O；膜生物反應器；臭氧；活性炭；混合污水

城市工業(yè)的迅猛發(fā)展，為人類社會提供大量便利的同時，也影響了城市污水的排放量和污水水質(zhì)．這些工業(yè)污水具有成分復雜、污染物種類繁多、可生化性差及氮、磷污染物濃度高等特點，為減少人類對自然生態(tài)環(huán)境的污染，這些工業(yè)污水必須經(jīng)適當?shù)奶幚韀1-2]．目前，對工業(yè)污水處理多依靠城市污水處理廠處理．但由于工業(yè)污水與城市生活污水水質(zhì)不同，工業(yè)污水對污水廠的污水處理工藝十分不利[3]．

本研究以北方某城市污水為處理對象，該污水中造紙和化工污水占城市污水的 80%．采用水解酸化-好氧膜生物-臭氧-活性炭組合處理工藝，將生物處理和物化處理工藝相結(jié)合，在發(fā)揮生物降解有機物和脫氮除磷優(yōu)勢的基礎上，利用后續(xù)物化處理將難降解有機物去除，以期達到城市的污水排放標準．

1 實驗部分

1.1 工藝流程及方法

1.1.1 工藝流程

污水處理工藝流程見圖1．

1.1.2 實驗方法

水解酸化-好氧 MBR 反應器為生化處理部分．該裝置的 L × B × H=6m × 2.1m × 2.3m ，水解池、好氧池和MBR 池壁底部相通．待處理污水依靠重力流，自初沉池流入水解酸化反應池，池內(nèi)利用攪拌裝置保證污泥與污染物充分接觸．好氧池和MBR池底部安裝直徑為250mm的膜片式微孔曝氣器，并在MBR池內(nèi)熱制-相轉(zhuǎn)移PVDF膜組件，通過鼓風曝氣系統(tǒng)，保證好氧污泥和污水的接觸時間，減少污泥對膜的污染．膜組件連接出水系統(tǒng)和鼓風曝氣系統(tǒng)，并通過流量計、繼電器和抽吸水泵等來控制出水流量．厭氧池HRT為 6.44 ～ 12.08 h ；好氧池及膜分離池的總HRT為 28.98 ～ 54.34 h ，污泥回流比為 200% ．

圖1 污水處理工藝流程圖Fig.1 Flow chartofwastewater treatmentprocess

臭氧和活性炭采用小體積反應裝置，臭氧反應柱高 0.4m ，直徑為 0.09m ．活性炭柱體積高 0.4m ，直徑為 0.09 m ．將生化出水按順序經(jīng)由臭氧反應器和活性炭吸附柱，分別控制臭氧投加量和活性炭的吸附時間．臭氧氧化和活性炭的進水流量均為 0.24m3/d ，接觸時間為 1 h ．

1.1.3 分析方法

采用國家標準方法[4]對污水 COD、NH3-N、TN、TP 等水質(zhì)指標進行分析．

1.2 材料

1.2.1 實驗用水

實驗用水采用各主要污染企業(yè)和城市生活污水排污口的混合污水，水中污染物含量如下：COD為 334.8～941.0mg/L ，BOD為 130.8 ～ 180.0mg/L ，NH3-N為 11.1 ～ 28.7mg/L ，TN為 31.2 ～ 38.6mg/L ，SS 為 100 ～216mg/L ，色度為 50 ～ 220 ，TP為 0.9 ～ 17.4mg/L ．

1.2.3 污泥的馴化

水解酸化池和好氧、MBR裝置內(nèi)的接種污泥為某污水廠的剩余污泥和氧化溝污泥．采用連續(xù)進水方式，利用稀釋法，逐步加大污水的進水比例，對水解酸化和好氧、MBR 裝置內(nèi)的污泥進行污泥培養(yǎng)和馴化，大約 15 d 后，開始以原污水為進水．在運行過程中，調(diào)整不同運行工況，工況 1：進水流量為 9.6m3/d ，工況2：進水流量為 12.0m3/d ．

2 結(jié)果與討論

2.1 對 COD 的去除

圖2為生物工藝對COD的去除效果．在第1階段，進水流量為 9.6m3/d ，進水COD平均值 624.1mg/L ，出水COD為 82.4mg/L ，COD平均去除率為 85.4% ．在第 2 階段時，進水流量為 12m3/d ，進水COD平均值為 569.7mg/L ；出水平均COD為 66.5mg/L ，COD平均去除率為 87.9%左右．在不同的進水流量下，進水有機物濃度變化幅度較大，出水有機物濃度較穩(wěn)定，進水水量和進水濃度對有機物的去除效果影響不大，表明該生物工藝能穩(wěn)定去除污水中大量的有機污染物，工藝具有較好的抗沖擊負荷和生物降解穩(wěn)定性．

2.2 對 NH3-N 的去除

如圖3所示，在第1階段初期，出水氨氮濃度略高，氨氮去除率略低，當進水 10 d左右，氨氮去除率趨于平緩．該階段NH3-N平均進水為 19.7mg/L ，出水濃度為 2.3mg/L ，去除率為 87.5% ．第 2 階段，NH3-N平均進水為 24.9mg/L，出水濃度為 1.9 mg/L ，去除率穩(wěn)定在 92.5%左右．以上數(shù)據(jù)表明，在運行初期，微生物對氨氮適應性差，隨著運行時間的延長，微生物逐漸適應氨氮的濃度，對氨氮的去除效果逐步上升并達到穩(wěn)定．當生物系統(tǒng)對污水適應后，微生物在不同的進水流量下，對氨氮均有穩(wěn)定的處理效果．

圖2 COD的去除效果Fig.2 COD removalefficiency

圖3 NH3-N的去除效果Fig.3 Ammonium removalefficiency

在第 2 運行階段，對水解段和MBR 膜出水分別檢測 NH3-N和TN．發(fā)現(xiàn)，水解段對 NH3-N和TN的去除率為 6.2%和 8.1% ，好氧膜出水中 NH3-N 的去除率達到 91.6%和 57.7% ．以上數(shù)據(jù)表明在組合工藝中，N 的去除主要在好氧段，而厭氧段對N的去除效果較差，反硝化脫氮效果不好，這主要是由于在生物工藝中，好氧段未設置消化液回流，在水解段中溶解氧含量低，不能完成硝化反應，導致水解段中反硝化脫氮的硝態(tài)氮氮源少，無法將大量的氮轉(zhuǎn)化為 N2釋放，有機氮只能通過水解段的微生物降解，被厭氧微生物同化吸收[5]．在好氧段中由于膜截留的作用，增大了好氧污泥的濃度和污泥停留時間，保證了硝化菌的存活條件．同時高濃度的活性污泥對溶解氧消耗速度過快，導致污泥內(nèi)部溶解氧不足，促進了反硝化菌在污泥內(nèi)部生長繁殖，從而在污泥中形成硝化和反硝化反應，將在好氧污泥硝化生成的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N2溢出反應器，減少了TN含量．

2.3 對 TP 的去除效果

圖4 為生物工藝對TP 的處理效果．在進水初期，進水TP 濃度變化幅度大 （0.9 ～ 17.4mg/L），出水TP ＜0.7mg/L ，初始TP 去除率 ＜ 50% ．經(jīng)過 10 d左右處理，TP 去除趨于平穩(wěn)，基本達到 80%以上．第 2 階段中，進水TP 平均濃度為 3.3mg/L ，水解段出水TP 高于進水TP，MBR 出水TP 降低到 0.2mg/L左右，生物工藝的TP 去除率為 93.7% ．以上數(shù)據(jù)同樣說明當生物工藝適應污水環(huán)境后，處理工藝通過厭氧釋磷和好氧吸磷的作用去除 TP，最終好氧吸磷的污泥被膜截留在好氧反應區(qū)內(nèi)，使出水 TP 滿足排放要求[6]．

2.4 對 SS 和色度的去除

生物處理進水SS為 100 ～ 216mg/L ，好氧段出水沉淀30 min 后SS 為 514 mg/L ，MBR出水基本為 0，表明膜工藝對顆粒物截留效果好，優(yōu)于傳統(tǒng)污泥反應的重力沉淀出水[7]．進水色度為 200 左右，經(jīng)由生物處理后出水色度低于 25 ．

2.5 臭氧-活性炭的處理效果

表1 臭氧與活性炭的COD處理效果 mg/LTab.1 Waterqualitiesof bio-treatmenteffluent,actived carbon effluentand ozonation-actived carbon effluent

圖4 TP的去除效果Fig.4 TP removalefficiency

如表1 所示，在第 1 階段和第 2 階段分別采用活性炭吸附和臭氧氧化-活性炭吸附聯(lián)合工藝對MBR出水進行處理．第 1 階段時，通過活性炭吸附，可使COD平均濃度由 60.7mg/L降低至 35.27mg/L，吸附去除率為 41.8% ．第 2 階段中，臭氧氧化處理后的出水CODcr平均值為 45.1mg/L ，去除率為 18.4% ，再經(jīng)過活性炭吸附處理后，出水CODcr平均值為 28.1mg/L ，其去除率為 49.1% ．出水CODcr均滿足排放《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）的一級B標準，出水氨氮濃度變化不明顯．說明生化出水中部分難生化降解的有機物可通過活性炭的吸附作用或臭氧的礦化作用去除；由于氨氮濃度較低，活性炭的吸附和臭氧的直接和間接氧化作用對氨氮影響不明顯[8]．

3 結(jié)論

在不同的進水濃度下，厭氧-好氧膜生物處理工藝對混合污水有穩(wěn)定的處理效果．其中 COD 去除率為87.0% ，氨氮去除率為 90.0% ，TN 去除率為 61.2% ，TP 去除率為 92.1% ．其中 NH3-N、TN、TP、色度和SS均可達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）一級B標準．

生物工藝中厭氧段對氨氮、TN和TP的去除效果較差，主要通過好氧段去除氨氮、TN和TP．

利用臭氧氧化和活性炭吸附工藝對MBR出水進行處理，活性炭吸附、單純臭氧氧化和臭氧-活性炭聯(lián)合工藝出水COD均小于 50mg/L ，表明單純活性炭吸附、臭氧氧化和臭氧-活性炭組合工藝均可降低生化出水中的COD，使出水COD滿足國家一級B排放標準．

[1]Mohd Salleh M A，Mahmoud D K，Karim W AW A，etal．Cationic and Anionic Dye Adsorption by Agricultural SolidWastes:a comprehensive review[J]．Desalination，2011，28（1）：1-13．

[2]PokhrelD，Viraraghavan T．TreatmentofPulpand PaperM illWastewater-AReview[J]．Scienceof theTotalEnvironment，2004，333（1）：37-58．

[3] 王白楊，張卓，何慧．生物/化學/物理聯(lián)合工藝處理高溫印染廢水并回用 [J]．中國給水排水，2008，24（17）：56-58．

[4] 國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會．水和廢水監(jiān)測分析方法 [M]．第 4 版．北京：中國環(huán)境科學出版社，2002．

[5] 陳勝，孫德智，陳桂霞，等．厭氧-好氧移動床生物膜反應器串聯(lián)處理垃圾滲濾液 [J]．環(huán)境科學，2006，27（10）：2076-2080．

[6] 顧國維，何義亮．膜生物反應器在污水處理中的研究和應用 [M]．北京：化學工業(yè)出版社，2002．

[7]Chang IS，Clech PL，Jefferson B，etal．Membrane Fouling inMembraneBioreactors forWastewater Treatment[J]．Environ Engrg，2002，128（11）：1018-1029．

[8]Li Jing，Liu Huijuan，Zhao Xu，etal．Effectof preozonation on the characteristic transformation of fulvic acid and itssubsequent trichloromethane formation potential:presenceorabsenceof bicarbonate[J]．Chemosphere，2008，71（9）：1639-1645．

[責任編輯 楊 屹]

Disposalofm ixedwastewaterusing A/O-MBR-ozonation-actived carbon process

LIJing1，LIZheng2，ZHANG Yan-ping1，LIJin-guo2，LIU Zi-chen1，ZHANG Yu1
(1.Schoolof CivilEngineering,HebeiUniversity of Technology,Tianjin 300401;2.China FirstDesign&Research Institute,North ChinaMunicipal Engineering Design&Research Institute,Tianjin 300074,China)

The A/O-MBR-Ozonation-Actived carbon processwas used to dispose of them ixed wastewater of domestic sewage and industrialsewage.The removalefficiency was studied.The result indicated that the biologicaldisposalwas efficient in removalof COD,NH3-N,TN,TP,SSand coloratdifferent flow rateof influent.Actived cabon absorption, oznation and ozonation-actived carbon adsorption could decrease the COD concentration in the effluentof biologicaldisposal.The effluentof the processcould reach grade B of nationaldischarge standard of GB 18918-2002.

A/O;membrane bioreactor;ozone;actived carbon;m ixed wastewater

1007-2373(2014)05-0085-04

X703.1

A

10.14081/j.cnki.hgdxb.2014.05.016

2013-12-30

河北省建設科技研究項目（2010-111）

李靜（1977-），女（漢族），副教授，博士．