馬驍軒， 劉愛菊， 張子間， 馮雪冬， 孟慶梅， 李夢(mèng)紅

(山東理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 山東 淄博 255049)

常見污水處理工藝對(duì)生活污水處理效果的比較

馬驍軒， 劉愛菊， 張子間， 馮雪冬， 孟慶梅， 李夢(mèng)紅

(山東理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 山東 淄博 255049)

摘要：通過(guò)模擬生活廢水處理方式，考察了幾種常見的生化法處理工藝對(duì)生活廢水的處理效果并加以比較和分析. 分別采用曝氣生物濾池、A2/O處理工藝、SBR處理工藝和MBR處理工藝對(duì)采自學(xué)校中水處理站的生活污水進(jìn)行模擬處理研究. 結(jié)果表明，幾種方法均可以較好地處理生活污水.其中，A2/O處理工藝的COD去除率可達(dá)95.2%；MBR工藝的COD去除率可達(dá)93.3%，氨氮去除率可達(dá)65.9%；SBR工藝的COD去除率可達(dá)88.2%，氨氮去除率可達(dá)68.3%；曝氣生物濾池的COD去除率可達(dá)86.7%，氨氮去除率達(dá)83.9%.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，A2/O處理工藝的處理效果最好，而其他幾種方法各具優(yōu)點(diǎn).

關(guān)鍵詞：污水處理; COD; 氨氮

生活廢水是一種最為普遍的污水, 具有流量大, 完全處理費(fèi)用較高的特點(diǎn); 但是同時(shí)其營(yíng)養(yǎng)成分較為全面且無(wú)毒或低毒, 以COD和氨氮為主, 使得生活污水相對(duì)工業(yè)廢水來(lái)說(shuō)較易處理.通過(guò)適度處理, 可以滿足部分場(chǎng)合的回用標(biāo)準(zhǔn), 作為中水進(jìn)行回用.最為常見的污水處理方法為生化法, 具有運(yùn)行費(fèi)用低, 處理容量大且效果較好的特點(diǎn).常用的生化法均可以對(duì)生活廢水進(jìn)行有效處理. 本研究通過(guò)模擬生活廢水處理, 考察幾種常見的生化法處理工藝對(duì)生活廢水的處理效果并加以比較和分析.

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1污水來(lái)源與組成

廢水采自山東理工大學(xué)中水處理站, 為普通生活污水, 采樣點(diǎn)為細(xì)格柵之后; 另外, 為了確保廢水微生物處理的效果, 從二沉池中取活性污泥, 在模擬試驗(yàn)運(yùn)行之初, 對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行培養(yǎng)掛膜.由于污水多次取樣, 因此原水水質(zhì)上存在一定的波動(dòng), COD為350～500mg/L, 氨氮為30.1～36.3mg/L.

1.2水質(zhì)測(cè)定與分析

COD的測(cè)定采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法GB11914-1989(水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定)[1], 對(duì)個(gè)別高濃度水樣采用稀釋十倍的方法進(jìn)行測(cè)定; 氨氮?jiǎng)t采用納氏試劑分光光度法進(jìn)行測(cè)定[2]. 具體實(shí)驗(yàn)步驟參見相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量分析方法.

1.3污泥培養(yǎng)

取適量水樣和污泥裝滿處理裝置, 調(diào)節(jié)流量和曝氣量, 使得池內(nèi)的溶氧量保持在2.5～3.5mg/L之間, 2～3d后掛膜完成, 活性污泥培養(yǎng)完畢. 污泥濃度(MLSS)為3000mg/L, 污泥沉降比為20%, 泥齡3d, 污泥指數(shù)(SVI)為80mL/g.

1.4各種處理工藝實(shí)驗(yàn)步驟及運(yùn)行參數(shù)

1.4.1曝氣生物濾池

曝氣生物濾池是集生物氧化和截留懸浮固體一體的新工藝, 具有處理效率高、占地面積小、工藝流程短、運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)[3].

本實(shí)驗(yàn)主要控制氣水比和水力停留時(shí)間(HRT)兩個(gè)運(yùn)行參數(shù), 濾池外尺寸為1.2m×0.8m×0.7m, 有效容積為0.5m3, 流量分別取0.5, 0.25, 0.125 m3/h以確保HRT分別為1h, 2h, 4h, 此時(shí)水力負(fù)荷分別為0.6m3/ (m2·h), 0.3 m3/ (m2·h), 0.15 m3/ (m2·h); 氣水比分別采用5∶1, 10∶1, 20∶1.擇優(yōu)選擇參數(shù)交叉進(jìn)行了5組實(shí)驗(yàn)外加一組平行實(shí)驗(yàn).

1.4.2SBR工藝

序批式間歇活性污泥反應(yīng)器(SBR)具有運(yùn)行方式靈活、節(jié)省費(fèi)用和用地、脫氮除磷效果好等優(yōu)點(diǎn)[4], 有研究采用厭氧/好氧/缺氧模式運(yùn)行的SBR 處理人工配水模擬生活污水，在不同的曝氣量下比較了對(duì)反硝化除磷過(guò)程的影響[5]. 而本研究將進(jìn)一步探討不同時(shí)間段設(shè)置對(duì)污水處理效果的影響.

SBR工藝流程分充水, 反應(yīng)(曝氣), 沉淀, 排水和閑置五個(gè)階段. 其中, 充水和排水時(shí)間都設(shè)定為30min, 反應(yīng)時(shí)間和沉淀時(shí)間分別采取整個(gè)流程周期的40%和15%, 35%和20%以及30%和25%; 曝氣量分別采取0.25m3/h, 1.0m3/h; 流程周期分別采取4h, 8h和12h, 擇優(yōu)選擇參數(shù)交叉進(jìn)行了4組實(shí)驗(yàn)以測(cè)定不同操作參數(shù)下的COD和氨氮的去除率.

1.4.3MBR工藝

膜生物反應(yīng)器(Membrane bioreactor, MBR)是一種將膜分離技術(shù)和生物降解技術(shù)有機(jī)結(jié)合而成的新型水處理技術(shù). 該工藝?yán)媚し蛛x設(shè)備將生化反應(yīng)池中的大分子有機(jī)物和活性污泥截留在池中, 使得反應(yīng)器中保持很高的微生物量, 并可完全省掉二沉池; 因此，MBR 工藝具有許多其它生物處理工藝所不具備的優(yōu)勢(shì)[6].

本實(shí)驗(yàn)采取的PP中空纖維膜，膜壁厚40～45μm, 膜孔徑0.1～0.2μm, 水通量1～1.2t/d，標(biāo)準(zhǔn)有效過(guò)濾膜面積9.0m2, 出水濁度小于0.2NTU. 主要考察HRT, 同時(shí)在最佳HRT的基礎(chǔ)上增加沉降步驟, 探尋最佳沉降時(shí)間; HRT分別采取4h, 6h, 8h, 沉降時(shí)間分別采取20min, 30min以及40min.

1.4.4A2/O工藝

A2/O工藝具有流程簡(jiǎn)單, 運(yùn)行靈活, HRT短, 活性污泥不易膨脹, 基建和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn). 污水處理過(guò)程中, A2/O 工藝存在厭氧, 缺氧, 好氧三種不同的環(huán)境條件和不同種類微生物菌群的有機(jī)配合, 具有同步脫氮除磷及去除COD 的功能[7].

HRT是影響A2/O工藝處理效果和處理費(fèi)用的核心參數(shù), 對(duì)污水的實(shí)際處理效果具有決定性的作用[8]. 因此本實(shí)驗(yàn)主要考察HRT對(duì)污水處理效果的影響. 厭氧段, 缺氧段, 好氧段反應(yīng)器體積分別為0.12 m3, 0.12 m3, 0.36m3, 水力停留時(shí)間之比為1∶1∶3, 流量分別取0.3, 0.15, 0.12m3/h, 總HRT分別為2h, 4h, 5h. 好氧段, 缺氧段, 厭氧段pH分別為7.0～8.0, 6.5～7.5, 6.0～8.0. 好氧段、缺氧段、厭氧段DO分別控制在2.0mg/L, 0.5 mg/L, 0.2 mg/L.

2結(jié)果與討論

2.1曝氣生物濾池

各組實(shí)驗(yàn)處理結(jié)果見圖1.采取不同HRT和氣水比時(shí), 處理效果存在較大差異.第1, 2組由于HRT過(guò)短導(dǎo)致處理效果不理想, 此時(shí)COD的去除率受氣水比影響較大, 但是對(duì)氨氮來(lái)說(shuō)卻出現(xiàn)了相反的趨勢(shì); 此時(shí)生物處理與物理處理因素共同起作用, 生物處理尚未進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài), 并未占據(jù)主導(dǎo)地位, 因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定且無(wú)規(guī)律.

圖1　 不同操作參數(shù)下曝氣生物濾池對(duì)COD和氨氮的去除率

當(dāng)HRT達(dá)到1h以上時(shí), 如3, 4, 5組實(shí)驗(yàn)的處理效果大大增強(qiáng), 且具有明顯的規(guī)律性, 即無(wú)論COD還是氨氮, 去除率都與HRT和氣水比呈正相關(guān), 且HRT的影響要更大.尤其當(dāng)HRT采取2h, 氣水比采取20∶1時(shí), 由于生物處理的條件相對(duì)前幾組得到強(qiáng)化, 故取得了最理想的處理效果; 對(duì)該組進(jìn)行平行試驗(yàn), 與先前的一組結(jié)果非常接近, 表明此時(shí)實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)性良好, 生物處理進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)并起到了主導(dǎo)地位.

因此, 對(duì)曝氣生物濾池來(lái)說(shuō), HRT是具有決定作用的操作參數(shù), 采取2h以上的HRT時(shí), 配合較大的氣水比, 可以對(duì)COD和氨氮取得良好的去除效果. 此時(shí)出水COD為46.6mg/L, 氨氮為5.6 mg/L.

2.2SBR工藝

處理結(jié)果見表1.可以看出在SBR工藝中, 不同操作參數(shù)下氨氮的去除率較為穩(wěn)定, 而COD的去除率對(duì)操作參數(shù)較為敏感; 對(duì)COD影響最大的因素是反應(yīng)周期以及由整個(gè)反應(yīng)周期所決定的反應(yīng)時(shí)間與沉淀時(shí)間. 由1, 2組數(shù)據(jù)可以看出, 當(dāng)反應(yīng)周期在4～8h時(shí)可以收到較好的COD處理效果; 當(dāng)反應(yīng)周期采取4h, 曝氣量采用0.25m3/h時(shí), 由于周期過(guò)短且曝氣量較小, 一些生化反應(yīng)來(lái)不及進(jìn)行完全, 因此處理效果不如采用1.0m3/h的8h周期. 此時(shí)出水COD為48.4mg/L, 氨氮為11.0mg/L. 而當(dāng)反應(yīng)周期達(dá)到12h時(shí), 處理效果則大大下降, 可能是由于時(shí)間過(guò)長(zhǎng)微生物出現(xiàn)了死亡使得污泥中的COD重新釋放所導(dǎo)致; 尤其是第3組, 由于曝氣量較小, 使得好氧微生物在后期大量死亡從而導(dǎo)致處理效果不理想.

表1不同操作參數(shù)下SBR工藝對(duì)COD和氨氮的去除率

組別曝氣量/m3·h-1周期/h反應(yīng)時(shí)間/min沉淀時(shí)間/minCOD去除率/%氨氮去除率/%10.254963677.868.421.081927288.268.330.251221618050.666.541.01225214468.266.3

2.3MBR工藝

由表2可以看出, HRT對(duì)COD的去除率影響不大, 卻對(duì)氨氮的去除率具有較大影響; HRT采取4～6h時(shí), 由于停留時(shí)間過(guò)短, 使得氨氮的去除率很不理想, 當(dāng)HRT達(dá)到8h時(shí), 氨氮去除率大為提升, 同時(shí)COD的去除率也得到了進(jìn)一步的提高; 因此, 8h是較為合適的HRT. 當(dāng)HRT采取8h時(shí), 增設(shè)后續(xù)沉降步驟, 可以看到, 當(dāng)沉降時(shí)間采取30min時(shí), COD的去除率最大, 此時(shí)出水COD為28.2mg/L; 而沉降時(shí)間為20min時(shí), 氨氮的去除率最大, 此時(shí)出水氨氮為12.4mg/L; 但是彼此之間相差不大, 在實(shí)際操作時(shí)可以根據(jù)需要加以選擇.

表2不同HRT以及當(dāng)HRT采取8h時(shí)不同沉降時(shí)間下的COD和氨氮的去除率

HRT/hCOD去除率/%氨氮去除率/%HRT為8h時(shí)沉降時(shí)間/minCOD去除率/%氨氮去除率/%4h86.543.2220min89.765.96h84.941.3030min93.363.58h90.062.8940min91.564.2

2.4A2/O工藝

由于實(shí)驗(yàn)條件所限, A2/O工藝模擬實(shí)驗(yàn)中沒有開啟回流裝置, 因此僅僅測(cè)定其對(duì)COD的處理效果.HRT采取較短的2h以及相對(duì)較長(zhǎng)的4h, 5h. 由于所處理廢水具有較高的養(yǎng)分和可生化性，污泥具有較大的比生長(zhǎng)速率，增殖較快，因此可以在不同的稀釋率下維持一定的污泥濃度, 從而將污泥濃度變化的影響降到最低.由表3可以看出, A2/O工藝對(duì)COD的去除率與HRT具有正相關(guān). 當(dāng)HRT為2h時(shí)由于停留時(shí)間較短, 處理效果不如4～5h組; 當(dāng)HRT為4～5h時(shí), 為了進(jìn)一步探尋A2/O工藝對(duì)COD去除率的特征, 在運(yùn)行開始后一個(gè)HRT周期的前20min和后20min分別取樣進(jìn)行分析, 結(jié)果表明, 在A2/O工藝運(yùn)行過(guò)程中, 后期的處理效果要略好于前期; 亦即在A2/O工藝中隨著處理的運(yùn)行, 處理效果會(huì)緩慢達(dá)到最佳狀態(tài). 最后出水COD濃度可降至24.0mg/L.

表3不同HRT下A2/O工藝的COD去除率

HRT2h4h前20min4h后20min5h前20min5h后20minCOD去除率74.6%80.9%86.1%91.3%95.2%

3結(jié)束語(yǔ)

對(duì)常見的幾種生活污水處理工藝曝氣生物濾池、SBR工藝、MBR工藝以及A2/O工藝進(jìn)行了模擬污水處理實(shí)驗(yàn).結(jié)果顯示, 以上幾種常見處理工藝對(duì)于生活污水都可以起到較好的處理效果, 出水水質(zhì)均達(dá)到或接近中水回用及景觀回用標(biāo)準(zhǔn).

曝氣生物濾池在較短的HRT(2.0h)下可以對(duì)COD和氨氮收到86.7%和83.9%的較高處理效果, 但是需要較大的氣水比20∶1, 在實(shí)踐中對(duì)動(dòng)力需求較高并因此形成較高的運(yùn)營(yíng)成本.

SBR工藝在較長(zhǎng)的HRT(8h)及適中的曝氣量(1.0m3/h)下可以收到88.2%和68.3%的COD和氨氮的去除率, 同時(shí)其可調(diào)節(jié)操作參數(shù)眾多, 可以較為靈活的處理不同類型的污水.

MBR作為一種較為新型的膜處理工藝, 在較長(zhǎng)的HRT(8h)外加一定的沉降時(shí)間(30min)下可以收到93.3%和65.9%的COD及氨氮的去除率.

最后, 傳統(tǒng)的A2/O工藝在COD的去除率上占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 適中的HRT(5h)下就可以收到95.2%的COD去除率.

以上結(jié)果可以看出, 占地較小基建投資較少的曝氣生物濾池、 SBR工藝以及MBR工藝, 需要較長(zhǎng)的HRT或者較大的曝氣量才能收到良好的效果, 顯示了其較弱的處理強(qiáng)度和相對(duì)較高的運(yùn)營(yíng)成本; 而占地較大基建投資較多的A2/O工藝可以在較小的HRT和曝氣量下取得較好的處理效果, 顯示其較強(qiáng)的處理強(qiáng)度和相對(duì)較低的運(yùn)營(yíng)成本.在實(shí)際應(yīng)用中, 可以根據(jù)污水的類型, 場(chǎng)地的條件以及處理成本預(yù)算來(lái)選擇相應(yīng)的處理工藝.

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(編輯：姚佳良)

Comparation of the effect of common wastewater treatment methods for living wastewater

MA Xiao-xuan, LIU Ai-ju, ZHANG Zi-jian,FENG Xue-dong, MENG Qing-mei, LI Meng-hong

(School of Resources and Environmental Engineering， Shandong University of Technology, Zibo 255049, China)

Abstract:The efficiency of several common biochemical wastewater treatment technologies were investigated, compared and analyzed by mean of treating sanitary wastewater. The Biological Aerated Filter Process (BAF), Anaerobic-anoxic-oxic Process (A2/O), Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process (SBR), and Membrane Bio-Reactor Process (MBR) were carried out to treat living wastewater from the water treatment station in school for reclaimed water. The treatment results displayed that all of those methods could treat the living wastewater effectively. The removement rates of the chemical oxygen demand (COD) could reach 95.2% in A2/O, 93.3% in MBR, 88.2% in SBR and 86.7% in BAF; while the removement rates of ammonia nitrogen could reach 65.9% in MBR, 68.3% in SBR and 83.9% in BAF. So the A2/O gained the best treatment effects, and the other methods had their own characters individually.

Key words:wastewater treatment; COD; ammonia nitrogen

收稿日期：2015-09-16

基金項(xiàng)目：山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2014BL034，ZR2015DM010)

作者簡(jiǎn)介：馬驍軒, 男， casmxxcas@126.com; 通信作者： 劉愛菊， 女，liuajnju@yahoo.com.cn

文章編號(hào)：1672-6197(2016)05-0036-04

中圖分類號(hào)：X799.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A