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        改進(jìn)型MBR一體化設(shè)備在低濃度生活污水處理中的應(yīng)用研究

        2020-09-01 06:44:26王銀生陳旭懷戚廣賢王建明陳順權(quán)
        山東化工 2020年15期
        關(guān)鍵詞:處理量氨氮污水處理

        王銀生,廖 侃,孫 亮,陳旭懷,戚廣賢,王建明,陳順權(quán)*

        (1.廣東省林茂科技有限公司,廣東 廣州 511458;

        伴隨城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加速、各類生產(chǎn)工藝以及污水處理技術(shù)的不斷革新,城市地區(qū)的水環(huán)境污染情況已得到極大的緩解與控制[1],而分散性的農(nóng)村生活污水處理問題更為突出,目前廣大農(nóng)村地區(qū)的生活污水一般未經(jīng)處理直接排入附近溝渠或者河道并最終進(jìn)入江河等受納水體,導(dǎo)致整個地區(qū)的水環(huán)境污染呈現(xiàn)不斷加劇的趨勢[2-3],這給農(nóng)村污水處理帶來嚴(yán)峻考驗(yàn),為確保農(nóng)村水源安全和農(nóng)民身體健康,農(nóng)村污水治理刻不容緩。目前對于生活污水處理工藝,主要涉及活性污泥法,厭氧好氧工藝法(A/O),序批式活性污泥法(SBR),膜生物反應(yīng)器法(MBR)等以及在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)的升級組合工藝[4-7]。A/O 工藝集好氧和缺氧段為一體,厭氧段用于脫氮除磷,好氧段用于去除水中的有機(jī)物,該工藝對有機(jī)物及氨氮等的去除具有很好的效果,但是占地面積大,運(yùn)行能耗高;MBR工藝作為一種新型工藝,集成了膜分離與生物處理各自的技術(shù)優(yōu)勢,近年來在城鎮(zhèn)污水處理與回用方面得到了廣泛的應(yīng)用[8-9],但是在分散性較強(qiáng)的廣大農(nóng)村,由于受各種條件制約,該工藝的應(yīng)用受到限制。充分考慮到農(nóng)村污水分散實(shí)際現(xiàn)狀以及農(nóng)村生活污水濃度低、變化系數(shù)大、各時段排放水質(zhì)差別大等特點(diǎn)[10-11],研究以低濃度農(nóng)村污水處理技術(shù)為導(dǎo)向,通過優(yōu)化改進(jìn)MBR一體化設(shè)備,建立適用于分散性的農(nóng)村生活污水處理的簡單高效工藝及其裝備,對于推動改進(jìn)型MBR一體化設(shè)備在分散的農(nóng)村地區(qū)的規(guī)模化應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 裝備及其工藝流程

        本試驗(yàn)采用改進(jìn)型的一體式MBR裝備,裝置內(nèi)采用自主研發(fā)的高性能內(nèi)襯增強(qiáng)PVDF中空纖維膜。生活污水流經(jīng)調(diào)節(jié)池,首先進(jìn)入一體化裝備厭氧段進(jìn)行厭氧處理,然后經(jīng)由底部溢流口進(jìn)入MBR膜池,厭氧池和MBR池隔板上方留空,利用膜池曝氣翻滾實(shí)現(xiàn)污泥的半回流。膜池內(nèi)部脈沖曝氣,日常開啟一臺風(fēng)機(jī),間歇性開啟兩臺風(fēng)機(jī)以增大風(fēng)量,強(qiáng)化對膜絲的氣擦洗。膜池溶解氧保持在3.0 mg/L以上,用自吸泵抽吸產(chǎn)水,系統(tǒng)配置清洗泵以及加藥裝置,采用PLC自動控制。

        圖1 農(nóng)村生活污水處理工藝流程圖

        圖2 一體化設(shè)備實(shí)物圖

        1.2 水質(zhì)及其檢測方法

        1.2.1 實(shí)驗(yàn)用水

        試驗(yàn)所用的污水以廣州市南沙區(qū)某污水廠調(diào)節(jié)池水為研究對象,進(jìn)水口與污水處理設(shè)備出水口采樣按照同一時間點(diǎn)采樣,經(jīng)取樣測定其BOD5/COD>0. 3,污水的可生物降解性良好,采樣依據(jù)《地表水和污水檢測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T91-2002)執(zhí)行,采樣后樣品根據(jù)《水質(zhì)采樣樣品保存和管理技術(shù)規(guī)定》(HJ493-2009)執(zhí)行,樣品采樣及其保存方法以及水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?、2所示。

        表1 樣品采樣及其保存方法

        表2 實(shí)測水質(zhì)相關(guān)指標(biāo)

        1.2.2 檢測方法及其依據(jù)

        研究對水質(zhì)分析采用的方法如表3所示。

        表3 水質(zhì)檢測方法

        2 運(yùn)行結(jié)果及討論

        2.1 系統(tǒng)運(yùn)行概況

        實(shí)驗(yàn)采用改進(jìn)型MBR一體化設(shè)備處理低濃度農(nóng)村污水,裝備實(shí)際出水量均高于設(shè)計(jì)值,設(shè)備經(jīng)調(diào)試一周后穩(wěn)定運(yùn)行;設(shè)備運(yùn)行噪音為 61.3 dB(A)(由于水廠特殊環(huán)境,該項(xiàng)數(shù)值偏大,實(shí)際運(yùn)行噪聲小于該值),設(shè)備出水指標(biāo)CODcr、NH3-N、TP平均值均優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)行穩(wěn)定后總體達(dá)標(biāo)率100%;設(shè)備正常運(yùn)行期間未發(fā)現(xiàn)令人不適氣味,運(yùn)行期間由于設(shè)置儲泥池,一體化設(shè)備未排泥,設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部全部設(shè)備由 PLC+觸摸屏控制,自動化程度高,可無人值守。

        2.2 水處理量及其經(jīng)濟(jì)性分析

        評估期內(nèi)實(shí)際處理水量基本穩(wěn)定,設(shè)計(jì)處理量為50.0 t/d,實(shí)際處理水量為51.0~59.4 t/d,平均處理水量為57.2 t,最低處理量為設(shè)計(jì)處理量102.0%,最高處理量達(dá)到設(shè)計(jì)處理量118.8%,波動適應(yīng)范圍約 2.0%~18.8%,設(shè)備處理的污水均由污水處理廠供給,設(shè)備主要耗電部件為風(fēng)機(jī)、計(jì)量泵、污水提升泵、產(chǎn)水泵、反洗泵、加藥泵,污泥的處理能耗暫不考慮,設(shè)備自身平均噸水能耗均值為0.858 kWh,另外穩(wěn)定運(yùn)行后藥劑投加量平均為1.7 kg/d,噸水運(yùn)行成本計(jì)算如下,衡算后綜合能耗以及整體運(yùn)行成本詳見圖3所示。

        圖3 裝置噸水處理能耗及其運(yùn)行成本

        運(yùn)行總體成本C=WE×CE+M×CM/(Q×1t/m3) (1)

        式中:C,平均噸水處理成本,元/t;

        We,設(shè)備自身平均噸水能耗,kWh/t;

        CE,用電成本,取平均工業(yè)電價(jià),0.58 元/kWh;

        M,每日藥劑添加量;

        CM,藥劑單價(jià),按1000 元/t 算;

        Q,平均每日水處理量,m3。

        由圖3可知,噸水處理整體能耗跟噸水處理成本呈正相關(guān)趨勢,噸水處理整體能耗在0.79~1.00 kWh,噸水處理成本0.49~0.53元,平均噸水處理成本0.53元,藥劑成本在處理總成本中占比相對較小,能耗主要為風(fēng)機(jī)、水泵、加藥泵等耗電部件。一般情況下處理能耗以及噸水處理成本同處理水量呈負(fù)有關(guān),該裝備設(shè)計(jì)水量為50 t/d,若處理水量進(jìn)一步增大,純水處理能耗及其成本將進(jìn)一步降低。此外,由于生活污水CODcr、NH3-N、TP數(shù)值偏低,經(jīng)過一體化裝備內(nèi)部厭氧-MBR工藝綜合處理,外加藥劑的化學(xué)除磷作用,完全滿足處理要求,此外,由表4對比可知,相比于其它工藝,一體化裝備因其具有更短的水力停留時間,占地小,采用的A-MBR工藝更為簡單,結(jié)構(gòu)緊湊,相同規(guī)模處理量情況下,一體化裝備整體能耗更低,對于水量小、分散的低濃度農(nóng)村生活污水適用性更強(qiáng)。

        表4 工藝對比分析[12-13]

        2.3 系統(tǒng)處理效果分析

        從圖4可知,改進(jìn)型MBR一體化反應(yīng)裝置的進(jìn)水CODcr 濃度范圍在77.9~180.2 mg/L之間,平均濃度值為112.2 mg/L,進(jìn)水濃度波動性相對比較大;而產(chǎn)水CODcr呈現(xiàn)逐步降低的趨勢,特別是在一體化反應(yīng)裝置運(yùn)行6 d后,系統(tǒng)運(yùn)行基本趨于穩(wěn)定,出水CODcr 濃度較低,數(shù)值穩(wěn)定在3.0~15.0 mg/L之間,平均CODcr 濃度為7.8 mg/L,平均去除率為92.9%,在一體化裝備運(yùn)行初期中,對CODcr去除率相對較低,該階段對有機(jī)物的去除作用以分離膜截留作用為主,而微生物降解去除作用相對較弱,后期由于采用污水處理廠活性污泥,膜池內(nèi)微生物對污水適應(yīng)能力較強(qiáng),此外,膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥法中的二沉池,截留生物系統(tǒng)的大量微生物菌群,促使系統(tǒng)的微生物菌群數(shù)量和生物種類的聚增,提高了污水處理能力和效率,從而使系統(tǒng)出水水質(zhì)和容積負(fù)荷都得到了大幅度的提高,膜池中保持較高的污泥濃度,微生物降解作用逐漸增強(qiáng),最終微生物對有機(jī)污染物去除起主導(dǎo)作用,在微生物跟膜分離截留綜合作用下產(chǎn)水最終趨于穩(wěn)定。

        圖4 進(jìn)出水CODcr隨運(yùn)行時間變化曲線

        從圖5可知,反應(yīng)裝置的進(jìn)水總磷濃度波動比較小,濃度范圍在2. 02~3.76 mg/L 之間,平均濃度值為 2.73 mg/L,系統(tǒng)穩(wěn)定后產(chǎn)水總領(lǐng)含量在0.25~0.50 mg/L,系統(tǒng)中總磷平均去除率87.2%。在一體化裝備運(yùn)行過程中,由于考慮到總磷去除無法降低到0.50 mg/L以下,前期即通過添加化學(xué)藥劑進(jìn)行調(diào)控,一體化裝備運(yùn)行前6 d內(nèi),總磷的含量迅速降低,總磷的降低是化學(xué)除磷和微生物生長吸收部分磷的共同作用的結(jié)果,但是前期降低主要以化學(xué)除磷為主,隨著生化系統(tǒng)的馴化完善,生化系統(tǒng)穩(wěn)定后微生物對磷需求量逐漸減少,系統(tǒng)產(chǎn)水中總磷含量也逐步趨于穩(wěn)定,但是由于一體化裝備測試期間沒有排出剩余富磷污泥,造成一體化裝備后期系統(tǒng)中磷的部分累積,系統(tǒng)中總磷在后期在排放標(biāo)準(zhǔn)限值以下存在小幅波動,為了確保產(chǎn)水總磷低于0.5 mg/L,系統(tǒng)運(yùn)行過程中通過化學(xué)藥劑調(diào)控進(jìn)行化學(xué)除磷,進(jìn)而確保出水穩(wěn)定,一體化裝備運(yùn)行藥劑日均投加量為1.7 kg。

        圖5 進(jìn)出水總磷濃度隨運(yùn)行時間變化曲線

        從圖6可知,一體化裝備進(jìn)水相對穩(wěn)定,氨氮含量在13.38~25.39 mg/L之間,而產(chǎn)水氨氮含量呈現(xiàn)逐漸降低后趨于穩(wěn)定的變化趨勢。進(jìn)水與產(chǎn)水氨氮平均值為18.39 mg/L與0.42 mg/L,平均去除率97.7%,系統(tǒng)對氨氮去除率較高,出水水質(zhì)穩(wěn)定。由于膜孔為微米級膜孔,膜的分離截留作用對氨氮的去除貢獻(xiàn)相對較小,對含氮有機(jī)物的去除主要是微生物新陳代謝的作用,通過前6 d的運(yùn)行調(diào)試,外加水廠自帶活性污泥的天然優(yōu)勢,系統(tǒng)很快實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定運(yùn)行,此外,系統(tǒng)可以通過增加曝氣量跟曝氣時間,進(jìn)一步提升好氧硝化菌的生長富集,增長了氨氮與活性污泥中的微生物的接觸時間,提高了污水中氨氮的去除效率。

        圖6 進(jìn)出水氨氮濃度隨運(yùn)行時間變化曲線

        由上圖7可知,改進(jìn)型MBR一體化設(shè)備反應(yīng)裝置對低濃度農(nóng)村生活污水中 CODcr、NH3-N、TP的去除效果比較理想,其出水的CODcr、NH3-N、TP平均去除率分別為92.9%、97.7%、87.2%,裝置運(yùn)行穩(wěn)定性較好,進(jìn)入處理系統(tǒng)的活性污泥由于采用水廠生化系統(tǒng)污泥,具有較好的適應(yīng)性,污泥沉降比(SV)保持在在30~40%,污泥濃度(MLSS)穩(wěn)定在4500~6000 mg /L左右,實(shí)現(xiàn)對供試污水污染物的高效處理,通過微生物降解、化學(xué)除磷以及膜法分離技術(shù)耦合,最終實(shí)現(xiàn)對低濃度生活污水的高效低成本處理。

        圖7 系統(tǒng)穩(wěn)定后對CODcr、NH3-N、TP的去除率隨運(yùn)行時間變化曲線

        3 結(jié)論

        (1)改進(jìn)型MBR一體化設(shè)備反應(yīng)裝置對低濃度農(nóng)村生活污水中CODcr、NH3-N、TP的去除效果比較理想,裝置運(yùn)行穩(wěn)定性較好,其出水的CODcr、NH3-N、TP平均值分別為7.83,0.42,0.35 mg/L,均優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918 -2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)改進(jìn)型MBR一體化設(shè)備處理低濃度農(nóng)村生活污水,具有穩(wěn)定的出水水質(zhì)和良好的經(jīng)濟(jì)性,試驗(yàn)設(shè)備平均每日水處理量 57.2 t,設(shè)備自身平均噸水能耗 0.858 kWh,出水水質(zhì)三項(xiàng)指標(biāo)COD、NH3-N、TP平均去除率分別為92.9%,97.7%,87.2%,水質(zhì)排放達(dá)標(biāo)率為 100%,藥劑投加量1.7 kg/d,綜合平均噸水處理成本 0.53元。

        (3)提出的適用于低濃度農(nóng)村生活污水處理的改進(jìn)型MBR一體化工藝及其裝備,同傳統(tǒng)的生化工藝相比,設(shè)備自動化及智能化程度高,工藝簡單易控,設(shè)備能耗低,占地面積小,易于在分散性較高的農(nóng)村生活污水中廣泛應(yīng)用。

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