A/O-超滤膜组合工艺短程反硝化脱氮研究

刘鲁建，张岚欣，董 俊，许存根，熊 蔚，曹斌强，王 威，宋劲强，张双峰

(1.湖北君集水处理有限公司，湖北 武汉430065；2.湖北省污水资源化工程技术研究中心，湖北 武汉430065)

氮是造成水体富营养化和环境污染的一个重要因子，随着富营养化问题的突出，废水的脱氮处理备受关注。2015年1月1日，我国开始实施新环保法，为了响应国家政策，严守法律法规，全国各地相继制定并出台了更为严格的污水排放标准，其中对总氮(TN)的要求也较为严格。

1 实验

1.1 原水的配制

将葡萄糖(换算为COD)、硝酸钠(换算为TN)按一定比例溶解于自来水中，配制成原水。不同批次的原水水质见表1。

表1 原水水质

1.2 实验装置与工艺流程

经过计算，自制了一套连续型污水处理装置，采用A/O-超滤膜组合工艺进行短程反硝化脱氮实验。装置按进水顺序依次为：进水蠕动泵-缺氧池(A池)-好氧池(O池)-超滤膜池-蠕动泵，其中，池体均为碳钢材质，管阀为PVC材质。系统日处理水量为150 L，A池内投加亚硝酸型反硝化菌粉，投加量为30～300 mg·L-1；O池内投加亚硝化菌粉，投加量为30～300 mg·L-1；A池、O池内投加高浓度(16 000 mg·L-1)的活性污泥(取自汤逊湖污水厂好氧池)；A池、O池内设置桨式搅拌器，以防止高浓度活性污泥沉降，O池底部设置曝气盘，配套风机进行曝气供氧，O池内设置回流管，出水回流至A池进行短程反硝化反应，回流比150%～200%。超滤膜池内设置一组帘式膜，为浸没式中空纤维膜，膜面积为2.8 m2，超滤膜池内采用风机进行曝气供氧，使污水与活性污泥充分接触，降解污染物，净化后混合液中的活性污泥被超滤膜截留，同时去除悬浮物及胶体物质，透过膜的净水用蠕动泵抽取后排出。污水处理系统连续运行数日，将活性污泥及硝化反硝化菌培养驯化两周，待出水稳定后取样检测，超滤膜池内的污泥定期回流至生化池或排放。

短程反硝化脱氮工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

1.3 短程反硝化脱氮条件优化

1.3.1 C/N对短程反硝化脱氮的影响

设定DO浓度为1.0 mg·L-1、亚硝酸型反硝化菌及亚硝化菌投加量均为30 mg·L-1，在C/N分别为2、3、4、5的工况下，运行污水处理系统，培养驯化两周左右，系统基本可稳定出水，取样测定出水TN含量、COD，并计算其去除率。

1.3.2 DO浓度对短程反硝化脱氮的影响

1.4 分析方法

2 结果与讨论

2.1 C/N对短程反硝化脱氮的影响

不同C/N工况下，系统出水TN含量及TN去除率如图2、3所示。

图2 不同C/N工况下出水TN含量

由图2可知，不同C/N工况下，出水TN含量在4～12 mg·L-1范围内，说明A/O-超滤膜组合工艺具有较好的脱氮效果，出水TN含量可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。

由图3可知，在C/N=3的工况下，TN去除率最高。碳源和氮源是维持微生物生长和繁殖的重要营养物质，同时也是影响生物脱氮系统的主要因素。研究[8-9]表明，C/N过高会影响系统中硝化菌(亚硝化菌)与异养菌的竞争，导致硝化速率下降，且容易造成资源浪费；若C/N过低，由于碳源不足，反硝化过程缺乏足够的有机物作为电子供体，会阻碍反硝化的进行，影响整个系统的TN去除效果。

图3 不同C/N工况下TN去除率

不同C/N工况下，系统出水COD及COD去除率如图4、5所示。

由图4可知，不同C/N工况下，出水COD在52～120 mg·L-1范围内，说明A/O-超滤膜组合工艺具有一定的COD去除效果，部分出水COD可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。

图4 不同C/N工况下出水COD

由图5可知，随着C/N的增大，COD去除率先升高后变化趋缓，说明过大的C/N也无法提高系统的COD去除率，增大C/N虽然在某种程度上对反硝化脱氮有利，但同时也带入了过量的碳源，增加了原水的COD，由于A/O-超滤膜组合工艺中A/O为生化处理，对COD的去除率仅有90%～95%，而超滤膜对水中溶解的COD无法有效去除，因此增大C/N不仅造成资源浪费，同时会造成出水COD升高，无法达标排放。因此，必须新增深度处理设施，对出水进一步处理，以满足COD排放标准。

图5 不同C/N工况下COD去除率

由于系统运行初始设置了较低的DO浓度(1.0 mg·L-1)，根据理论分析，此时O池内主要以亚硝化菌为主导，系统主要进行短程反硝化反应，因此对C/N要求较低，C/N=3的工况下，脱氮效率达到最高；而传统的全程硝化反硝化运行方式一般需要C/N约在5～7才能有较好的脱氮效果。由此可见，短程反硝化更节约碳源，有利于节省运行成本。综合考虑TN及COD去除效果，选择C/N=3较为适宜。

2.2 DO浓度对短程反硝化脱氮的影响

3 结论

(1)以自配葡萄糖水为原水，采用A/O-超滤膜组合工艺进行短程反硝化脱氮，出水TN含量可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准，较传统全程硝化反硝化更节能、节约碳源。