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    AAO及改良型工艺耦合MBR工艺的技术难点及优化方案

    发布时间:2022/06/10 点击量:0
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    AAO-MBR工艺是在传统AAO工艺基础上取消二沉池,同时增设MBR池,与传统AAO工艺相比,AAO-MBR工艺污泥含量更高,普遍达到8 000~10 000 mg/L,有利于缩短工艺流程,减少水力停留时间(HRT),增强抗水质水量冲击负荷能力,并且在一级A出水要求下能够节约占地近40%。

    在排放标准日趋严格的形势下,多数污水厂提标改造采用AAO-MBR工艺,但后置MBR池主要功能在于提高反应池内的生物量,延长污泥停留时间(SRT),以保证低温和进水浓度偏低条件下的生化处理性能,氮、磷的去除仍然主要依靠前置AAO工艺。在生化处理性能较好的情况下,AAO-MBR工艺有助于提升出水水质,使TP含量稳定达到0.5 mg/L以下,TN含量达到15 mg/L以下。但MBR池若采取持续的高曝气强度也增加了氮、磷去除的不稳定性,无法保证出水TN含量稳定达到10 mg/L以下。

    技术难点及优化措施

    1、脱氮

    MBR工艺主要针对有机物、SS和氨氮,本身不具备反硝化功能,硝酸盐的去除主要依靠前端生化工艺,因此,生化处理性能将直接影响出水TN。在耦合工艺下,MBR池的高溶解氧回流液将对前端生化反应产生较大影响。虽然采取多级回流的形式逐级降低溶解氧,能够在一定程度上缓解对缺氧反硝化和厌氧释磷的抑制,但仍然会导致高曝气量的浪费,造成能耗偏高。因此,在控制膜污染的同时,对实现溶解氧控制以及耦合工艺下的生化池优化设计具有重要意义。

    (1)溶解氧控制

    为控制膜污染,MBR工艺气水比通常达到10∶1以上,回流至好氧池后溶解氧含量也能达到4~5 mg/L,因此,应充分利用膜池回流的溶解氧,降低好氧区曝气量实现溶解氧控制。根据李易寰等[研究,控制好氧区末段溶解氧含量在1.5~2.5 mg/L,出水TN含量可以稳定在10 mg/L以下。溶解氧控制可采取分区曝气方式,通过将好氧区进行曝气分区,实时监控进水浓度和好氧区溶解氧,及时调控分区的曝气量,实现好氧区末端溶解氧的精确控制。

    (2)生化池优化设计

    针对现有污水厂提标改造,当采用耦合MBR的工艺形式时,若直接采用原生化池设计和曝气系统,要达到好氧池末端低溶解氧的同时,保持出水COD和氨氮达标较为困难,对运行调控也是巨大的挑战。可在好氧区后设置单独的消氧区,膜池回流的污泥首先进入消氧区使溶解氧含量降至1.5 mg/L以下,之后回流至缺氧区。好氧区和膜池可保证有机物和氨氮的处理达标,设置消氧区对于运行管理的调控要求较低,但可能导致占地略微增大,适用于大部分污水厂提标改造的要求。一般情况下,耦合MBR生化工艺好氧区至缺氧区的回流量为300%~500%,而传统的AAO工艺回流量为200%~300%,将导致实际缺氧区HRT减少30%~50%,降低反硝化程度。因此,对于耦合MBR的生化工艺形式,还应将缺氧池HRT增大。

    2、除磷

    MBR池中通常采用平均孔径为0.1~0.2 μm的PVDF中空纤维膜或平板膜,能够去除99%以上的SS,去除水中的大部分不溶性磷,但无法截留溶解性图片当前置生化除磷效果较差时,将导致出水TP含量较高,无法发挥提升水质作用。另外,在MBR池的高曝气强度下,含磷污泥无法得到充分沉降,仅通过剩余污泥排放,无法消除系统内的磷,还可能导致膜池内磷的富集,高磷污泥回流至厌氧区后,在没有充足的碳源条件下,聚磷菌活性降低,影响生物除磷效果。

    为保证出水TP达标,通常采取化学除磷方式。李易寰等通过向好氧区前端投加三氯化铁,实现出水TP含量低于0.2 mg/L。但随着药剂的持续投加,膜池污泥内磷、铁的含量有升高趋势,这说明逐步出现了磷富集和化学污泥占比增大的现象。因此,化学除磷方式可用于应急投加,长期连续投加并不可取,重点在于低曝气MBR池的研发,进一步强化生物除磷。

    3、 膜污染控制

    膜池内高浓度的悬浮污泥易附着于膜丝,是导致膜污染的主要因素,也是目前膜池采取大曝气方式的根本原因。当膜污染形成、膜通量降低时,通常采用酸、碱或其他化学药剂浸泡的方式去除膜孔内的污染物,不但易造成二次污染,还会影响膜使用寿命。目前,运行过程中减缓膜污染的物理手段主要是投加粉末活性炭、悬浮填料以及开发新型膜清洗技术等。

    (1)投加粉末活性炭

    在常规MBR池内,活性污泥处于悬浮状态,在大曝气量下不易形成粒径较大的生物絮体,易黏住膜丝,加快膜污染。研究表明,向反应池内投加粉末活性炭和颗粒活性炭均能够显著增大污泥絮体粒径,降低污泥比阻值,减小膜孔堵塞几率,延长运行周期。郭小马等通过向MBR池中投加0.8 g/L的粉末活性炭,有效减小了跨膜压差的上升速度,减缓了膜污染,使运行周期从7 d延长至26 d。一般粉末活性炭的投加量可在0.5~1.5 g/L,过高投加量反而会影响絮体形成,降低膜临界通量。

    (2)投加悬浮填料

    在膜池内添加填料能够在曝气环境中增加对膜丝的擦洗作用,缓解膜污染。研究表明,在投加填料后可将活性污泥富集在填料表面,提高了生物絮体凝聚力;同时膜池内MLSS降低,膜表面滤饼层更为疏松,跨膜压差显著降低,可相应减少膜清洗频率,延长运行时间。樊嘉文等通过向AAO-MBR工艺缺氧区、好氧区和膜区添加悬浮填料,在保证氮、磷去除效果的基础上,将最长膜运行时间从8.71 d延长至138 d,大大控制了膜污染进程。

    (3)新型膜清洗技术

    低曝气或非曝气型MBR膜清洗技术的开发,如超声波在线清洗技术、往复运行式膜组件、电场缓解膜污染技术等,为该工艺的发展提供了新思路。膜组件在运行过程中不再依靠大曝气量保持膜清洁,在降低能耗的同时减少了回流污泥的溶解氧浓度,全面提升生化处理效能。目前,清洗效果尚有待进一步提升,相关工程应用较少,尚未形成完善的技术体系和设计标准,这将是今后的发展方向。

    综上所述,在新建污水厂或现有污水厂提标改造时,应根据进水水质和排放标准要求,综合考虑占地及运行经济性,合理选择最佳工艺方案。

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