A/O-MBR-臭氧-活性炭工艺处理混合污水的试验研究

李 静，李 征，张彦平，李金国，刘子晨，张 雨

（ 1. 河北工业大学 土木工程学院，天津 300401；2. 中国市政工程华北设计研究总院 第一设计研究院，天津 300074）

A/O-MBR-臭氧-活性炭工艺处理混合污水的试验研究

李 静1，李 征2，张彦平1，李金国2，刘子晨1，张 雨1

（ 1. 河北工业大学 土木工程学院，天津 300401；2. 中国市政工程华北设计研究总院 第一设计研究院，天津 300074）

建立水解-好氧膜生物-臭氧-活性炭组合工艺处理工业和生活的混合污水．试验结果表明，在不同的进水流量下，生物处理工艺对 COD、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）、SS 和色度均有稳定的处理效果．单纯活性炭吸附、臭氧氧化和臭氧-活性炭组合工艺处理可进一步降低生化出水的 COD 浓度．组合工艺的出水水质满足 GB18918-2002 的一级 B 标准．

A/O；膜生物反应器；臭氧；活性炭；混合污水

城市工业的迅猛发展，为人类社会提供大量便利的同时，也影响了城市污水的排放量和污水水质．这些工业污水具有成分复杂、污染物种类繁多、可生化性差及氮、磷污染物浓度高等特点，为减少人类对自然生态环境的污染，这些工业污水必须经适当的处理[1-2]．目前，对工业污水处理多依靠城市污水处理厂处理．但由于工业污水与城市生活污水水质不同，工业污水对污水厂的污水处理工艺十分不利[3]．

本研究以北方某城市污水为处理对象，该污水中造纸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-活性炭组合处理工艺，将生物处理和物化处理工艺相结合，在发挥生物降解有机物和脱氮除磷优势的基础上，利用后续物化处理将难降解有机物去除，以期达到城市的污水排放标准．

1 实验部分

1.1 工艺流程及方法

1.1.1 工艺流程

污水处理工艺流程见图1．

1.1.2 实验方法

水解酸化-好氧 MBR 反应器为生化处理部分．该装置的 L × B × H=6m × 2.1m × 2.3m ，水解池、好氧池和MBR 池壁底部相通．待处理污水依靠重力流，自初沉池流入水解酸化反应池，池内利用搅拌装置保证污泥与污染物充分接触．好氧池和MBR池底部安装直径为250mm的膜片式微孔曝气器，并在MBR池内热制-相转移PVDF膜组件，通过鼓风曝气系统，保证好氧污泥和污水的接触时间，减少污泥对膜的污染．膜组件连接出水系统和鼓风曝气系统，并通过流量计、继电器和抽吸水泵等来控制出水流量．厌氧池HRT为 6.44 ～ 12.08 h ；好氧池及膜分离池的总HRT为 28.98 ～ 54.34 h ，污泥回流比为 200% ．

图1 污水处理工艺流程图Fig.1 Flow chartofwastewater treatmentprocess

臭氧和活性炭采用小体积反应装置，臭氧反应柱高 0.4m ，直径为 0.09m ．活性炭柱体积高 0.4m ，直径为 0.09 m ．将生化出水按顺序经由臭氧反应器和活性炭吸附柱，分别控制臭氧投加量和活性炭的吸附时间．臭氧氧化和活性炭的进水流量均为 0.24m3/d ，接触时间为 1 h ．

1.1.3 分析方法

采用国家标准方法[4]对污水 COD、NH3-N、TN、TP 等水质指标进行分析．

1.2 材料

1.2.1 实验用水

实验用水采用各主要污染企业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为 334.8～941.0mg/L ，BOD为 130.8 ～ 180.0mg/L ，NH3-N为 11.1 ～ 28.7mg/L ，TN为 31.2 ～ 38.6mg/L ，SS 为 100 ～216mg/L ，色度为 50 ～ 220 ，TP为 0.9 ～ 17.4mg/L ．

1.2.3 污泥的驯化

水解酸化池和好氧、MBR装置内的接种污泥为某污水厂的剩余污泥和氧化沟污泥．采用连续进水方式，利用稀释法，逐步加大污水的进水比例，对水解酸化和好氧、MBR 装置内的污泥进行污泥培养和驯化，大约 15 d 后，开始以原污水为进水．在运行过程中，调整不同运行工况，工况 1：进水流量为 9.6m3/d ，工况2：进水流量为 12.0m3/d ．

2 结果与讨论

2.1 对 COD 的去除

图2为生物工艺对COD的去除效果．在第1阶段，进水流量为 9.6m3/d ，进水COD平均值 624.1mg/L ，出水COD为 82.4mg/L ，COD平均去除率为 85.4% ．在第 2 阶段时，进水流量为 12m3/d ，进水COD平均值为 569.7mg/L ；出水平均COD为 66.5mg/L ，COD平均去除率为 87.9%左右．在不同的进水流量下，进水有机物浓度变化幅度较大，出水有机物浓度较稳定，进水水量和进水浓度对有机物的去除效果影响不大，表明该生物工艺能稳定去除污水中大量的有机污染物，工艺具有较好的抗冲击负荷和生物降解稳定性．

2.2 对 NH3-N 的去除

如图3所示，在第1阶段初期，出水氨氮浓度略高，氨氮去除率略低，当进水 10 d左右，氨氮去除率趋于平缓．该阶段NH3-N平均进水为 19.7mg/L ，出水浓度为 2.3mg/L ，去除率为 87.5% ．第 2 阶段，NH3-N平均进水为 24.9mg/L，出水浓度为 1.9 mg/L ，去除率稳定在 92.5%左右．以上数据表明，在运行初期，微生物对氨氮适应性差，随着运行时间的延长，微生物逐渐适应氨氮的浓度，对氨氮的去除效果逐步上升并达到稳定．当生物系统对污水适应后，微生物在不同的进水流量下，对氨氮均有稳定的处理效果．

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

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

在第 2 运行阶段，对水解段和MBR 膜出水分别检测 NH3-N和TN．发现，水解段对 NH3-N和TN的去除率为 6.2%和 8.1% ，好氧膜出水中 NH3-N 的去除率达到 91.6%和 57.7% ．以上数据表明在组合工艺中，N 的去除主要在好氧段，而厌氧段对N的去除效果较差，反硝化脱氮效果不好，这主要是由于在生物工艺中，好氧段未设置消化液回流，在水解段中溶解氧含量低，不能完成硝化反应，导致水解段中反硝化脱氮的硝态氮氮源少，无法将大量的氮转化为 N2释放，有机氮只能通过水解段的微生物降解，被厌氧微生物同化吸收[5]．在好氧段中由于膜截留的作用，增大了好氧污泥的浓度和污泥停留时间，保证了硝化菌的存活条件．同时高浓度的活性污泥对溶解氧消耗速度过快，导致污泥内部溶解氧不足，促进了反硝化菌在污泥内部生长繁殖，从而在污泥中形成硝化和反硝化反应，将在好氧污泥硝化生成的硝态氮转化为N2溢出反应器，减少了TN含量．

2.3 对 TP 的去除效果

图4 为生物工艺对TP 的处理效果．在进水初期，进水TP 浓度变化幅度大 （0.9 ～ 17.4mg/L），出水TP ＜0.7mg/L ，初始TP 去除率 ＜ 50% ．经过 10 d左右处理，TP 去除趋于平稳，基本达到 80%以上．第 2 阶段中，进水TP 平均浓度为 3.3mg/L ，水解段出水TP 高于进水TP，MBR 出水TP 降低到 0.2mg/L左右，生物工艺的TP 去除率为 93.7% ．以上数据同样说明当生物工艺适应污水环境后，处理工艺通过厌氧释磷和好氧吸磷的作用去除 TP，最终好氧吸磷的污泥被膜截留在好氧反应区内，使出水 TP 满足排放要求[6]．

2.4 对 SS 和色度的去除

生物处理进水SS为 100 ～ 216mg/L ，好氧段出水沉淀30 min 后SS 为 514 mg/L ，MBR出水基本为 0，表明膜工艺对颗粒物截留效果好，优于传统污泥反应的重力沉淀出水[7]．进水色度为 200 左右，经由生物处理后出水色度低于 25 ．

2.5 臭氧-活性炭的处理效果

表1 臭氧与活性炭的COD处理效果 mg/LTab.1 Waterqualitiesof bio-treatmenteffluent,actived carbon effluentand ozonation-actived carbon effluent

图4 TP的去除效果Fig.4 TP removalefficiency

如表1 所示，在第 1 阶段和第 2 阶段分别采用活性炭吸附和臭氧氧化-活性炭吸附联合工艺对MBR出水进行处理．第 1 阶段时，通过活性炭吸附，可使COD平均浓度由 60.7mg/L降低至 35.27mg/L，吸附去除率为 41.8% ．第 2 阶段中，臭氧氧化处理后的出水CODcr平均值为 45.1mg/L ，去除率为 18.4% ，再经过活性炭吸附处理后，出水CODcr平均值为 28.1mg/L ，其去除率为 49.1% ．出水CODcr均满足排放《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）的一级B标准，出水氨氮浓度变化不明显．说明生化出水中部分难生化降解的有机物可通过活性炭的吸附作用或臭氧的矿化作用去除；由于氨氮浓度较低，活性炭的吸附和臭氧的直接和间接氧化作用对氨氮影响不明显[8]．

3 结论

在不同的进水浓度下，厌氧-好氧膜生物处理工艺对混合污水有稳定的处理效果．其中 COD 去除率为87.0% ，氨氮去除率为 90.0% ，TN 去除率为 61.2% ，TP 去除率为 92.1% ．其中 NH3-N、TN、TP、色度和SS均可达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级B标准．

生物工艺中厌氧段对氨氮、TN和TP的去除效果较差，主要通过好氧段去除氨氮、TN和TP．

利用臭氧氧化和活性炭吸附工艺对MBR出水进行处理，活性炭吸附、单纯臭氧氧化和臭氧-活性炭联合工艺出水COD均小于 50mg/L ，表明单纯活性炭吸附、臭氧氧化和臭氧-活性炭组合工艺均可降低生化出水中的COD，使出水COD满足国家一级B排放标准．

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[责任编辑 杨 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

河北省建设科技研究项目（2010-111）

李静（1977-），女（汉族），副教授，博士．