AAOA-MBR工藝在超高污泥濃度下的運行效果及注意事項
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來源:中國給水排水
作者:劉紀成
所屬頻道:
水處理
關(guān)鍵詞:
MBR工藝
污水處理廠
COD
摘要：為了解超高污泥濃度(MLSS)對膜生物反應器(MBR)工藝運行效果的影響，研究分析了南京某采用厭氧/缺氧/好氧/缺氧(AAOA)-MBR工藝的城市污水處理廠在超高MLSS濃度下的運行情況。結(jié)果表明：MBR工藝在可在較高的污泥濃度下運行，并且高污泥濃度有助于系統(tǒng)對有機物的去除。該污水廠的MBR膜池在20g/L左右的超污泥高濃度下運行了超過600d的時間，出水COD、氨氮、TN、TP濃度分別約為14、0.43、6.37和0.25mg/L;高污泥濃度可增強系統(tǒng)抵抗低溫、進水負荷抗沖擊的能力，并且聯(lián)合后置缺氧段強化了系統(tǒng)的內(nèi)源反硝化。MBR系統(tǒng)在高污泥濃度下運行，需要密切注意膜通量及跨膜壓差的變化，適時進行膜清洗，以免發(fā)生膜污染。
劉紀成(1984-),男,河南信陽人,碩士,工程師,從事水污染控制技術(shù)研究
1工程概況
1.1處理工藝該廠采用厭氧/缺氧/好氧/缺氧(AAOA)-MBR工藝，處理規(guī)模為10×104m3/d，現(xiàn)實際處理量為(6～8)×104m3/d。工藝流程如圖1所示。
圖1 工藝流程示意
該污水廠進水為實際城市污水，其COD、BOD5、TP、TN、氨氮濃度范圍為57~348、21~168、2~8、18 ~50、5~50 mg/L,均值依次為206、75.4、4、29.7、22.7 mg/L;pH值范圍為7~7.6，均值為7.3;水溫在13~28 ℃之間波動，均值為22℃。
1.2運行參數(shù)系統(tǒng)的SRT為18 d, 厭氧段、缺氧段、好氧段、后置缺氧段、膜池的HRT分別為1.95、2.45、4.35、2.5、1.3 h，好氧段DO為0.2~1 mg/L，膜池的曝氣強度為60～90 m3/(m2˙h)，膜池至好氧池、好氧池至缺氧池、后置缺氧池至厭氧池的回流比分別為600%、500%、300%(設計值分別為400%、400%、200%)，膜池的MLSS為10~25g/L，MLVSS/MLSS值為0.3~0.6(平均為0.4)，膜通量為18～25 L/(m2˙h)，溫度為13~28 ℃。
2運行情況與分析
2.1高污泥濃度的產(chǎn)生該廠設計的污泥濃度是在8~10 g/L，但由于在實際運行過程中出現(xiàn)污泥脫水設備故障等問題，導致系統(tǒng)無法正常排泥、脫泥，污泥濃度逐漸升高(見圖2)，最高約為26 g/L，2016年3月—2017年10月的610 d內(nèi)，膜系統(tǒng)在20 g/L以上的污泥濃度下連續(xù)運行時間長達100 d以上，系統(tǒng)的膜池MLSS濃度平均維持在18.4g/L左右，均屬于超高污泥濃度(圖2中相鄰污泥濃度變化幅度較大的主要原因是每天混合液取自不同膜池，主要反映系統(tǒng)整體污泥濃度變化趨勢)。然而，從膜系統(tǒng)跨膜壓差(TMP)及膜通量的變化(見圖3)可以看出系統(tǒng)整體并沒有崩潰，跨膜壓差平均為-24 kPa左右，對應膜通量平均為18.4 L/(㎡˙h左右)。在膜池MLSS濃度最高(超過20 g/L)的一段時間，膜系統(tǒng)的跨膜壓差較大，頻繁超過了-30 kPa，說明此階段膜污染嚴重，膜系統(tǒng)有一定的運行風險，這段時間進行了頻繁的化學清洗。在修復污泥脫水等設備后通過加大排泥量將污泥濃度降低，并進行維護性清洗，使得膜系統(tǒng)的TMP恢復至正常區(qū)間。
圖2 系統(tǒng)污泥濃度變化
圖3 高污泥濃度下膜系統(tǒng)的通量及跨膜壓差變化
綜上所述，MLSS濃度在20g/L以內(nèi)時，膜池通過正常的在線化學清洗及根據(jù)壓差變化適當增加清水反沖洗可實現(xiàn)膜系統(tǒng)的正常運行，但當膜池MLSS增加至20g/L以上時，膜系統(tǒng)的運行效果會明顯惡化，所以膜系統(tǒng)污泥濃度不宜超過20g/L。
2.2高污泥濃度下有機物及TP的去除效果
如圖4所示，在高污泥濃度下系統(tǒng)一直保持著良好的COD去除效果，系統(tǒng)的進水COD平均約為206mg/L，出水COD平均約為14mg/L。此外，系統(tǒng)的進水BOD5較低，平均約為75.4mg/L，進水B/C約為0.36，表明生化性并不佳。然而，系統(tǒng)對有機物的去除效果依然很好，COD平均去除率可達90%以上，出水COD濃度穩(wěn)定優(yōu)于地表水Ⅳ類水標準。
該系統(tǒng)主要是通過化學除磷，除磷藥劑為聚合氯化鋁(PAC)。盡管系統(tǒng)的進水TP濃度波動較大，但出水TP濃度基本穩(wěn)定在0.5mg/L以下，平均為0.25mg/L。由此可見，通過化學方式除磷基本不受超高污泥濃度的影響，但生物除磷能力是否收到了影響尚需進一步研究。
圖4 系統(tǒng)進出水COD及BOD5濃度變化
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圖5 系統(tǒng)進出水TP濃度變化
2.3高污泥濃度下系統(tǒng)的脫氮效果
該系統(tǒng)在高污泥濃度下一直保持著良好的硝化效果，氨氮平均去除率約為98.1%，出水氨氮濃度基本維持在1mg/L以下。同時，系統(tǒng)始終保持著良好的脫氮效果，TN平均去除率約為77.0%(第240 d左右有三天進水TN較低，故TN去除率較低)，出水TN平均濃度約為6.37mg/L。這表明系統(tǒng)的反硝化效果極佳，但從進水BOD5濃度可以看出，進水碳氮比不足3，并不適合反硝化脫氮，推測可能發(fā)生了內(nèi)源反硝化。
圖6 系統(tǒng)進出水氨氮濃度變化
圖7 系統(tǒng)進出水總氮濃度變化
2.4高污泥濃度下的內(nèi)源反硝化
雖然進水BOD5濃度不高，但消耗的COD濃度還是遠大于進水BOD5濃度(紅色方格構(gòu)成的區(qū)域為兩者差值)，另外最終進水COD基本都被降解，由此可見進水中的COD主要為可降解但不易降解大分子有機物。
2.5MBR系統(tǒng)在超高污泥濃度下的運行管理
污水生物處理工藝的類型決定了其處理效果的上限，日常的運行管理則保證了其處理效果的下限。為保障系統(tǒng)在超高污泥濃度下的運行穩(wěn)定，該廠主要在以下幾個方面進行了強化管理：
(1)控制膜池回流量，充分利用膜池富余溶氧，同時配合調(diào)節(jié)生化池風機風量，針對四組生化池分別進行風量精確控制，采用梯度曝氣的方式，在保證NH3-N充分硝化的情況下，防止了好氧末端溶解氧過高，進入缺氧和后缺氧池后影響反硝化和內(nèi)源反硝化效果。
(2)根據(jù)進出水水質(zhì)水量和過程工藝參數(shù)的變化趨勢及時調(diào)整曝氣和回流量，處理好脫氮和除磷的關(guān)系，防止碳源在厭氧和好氧段過度消耗，從而保證碳源被充分利用于反硝化脫氮。
(3)由于污泥濃度較大，為防止污泥堆積在膜池，適當提高了回流比，如表2所示，該系統(tǒng)在高污泥濃度下各段的回流比均大于設計值。但考慮的節(jié)能降耗因素，需在實際運行過程中根據(jù)MLSS變化、進水水質(zhì)情況適當調(diào)整使得系統(tǒng)運行更加經(jīng)濟合理。
(4)在高污泥濃度下需要加強對膜池各項參數(shù)的監(jiān)測，主要包括污泥濃度、跨膜壓差、過濾性、膜通量等，通過這些數(shù)據(jù)的變化和分析，及時調(diào)整運行方式，強化清洗。
(5)根據(jù)膜的污染情況靈活調(diào)整膜的清洗方式，通過調(diào)整浸泡藥劑的濃度、藥劑種類、清洗頻次、清洗流程來滿足膜清洗的需要，必要時配合離線清洗來控制膜污染。
(6)在高污泥濃度下加強及時排泥，保持污泥的活性，避免死泥的積累。
原標題:AAOA-MBR工藝在超高污泥濃度下的運行效果及注意事項
