3AMBR工艺处理城市污水节能降耗的中试实验

北极星环保网讯:为探索MBR污水厂切实可行的节能途径，构建了处理规模为1m3•h-1的3AMBR（anoxic-anaerobic-anoxic membrane bio-reactor）工艺中试实验系统，以曝气量、回流比及进水方式等参数为研究对象，优选了4套方案，进行了超过200d的现场实验。

实验期间，各方案出水水质良好，优化方案的脱氮效率提高明显。当减少曝气，使好氧池在低溶氧（DO<0.3mL•L-1）状态下运行，仍可保证系统出水的稳定达标排放；提高膜池液向好氧池的回流，使膜池的富余溶解氧得到了利用，达到了部分或完全替代曝气的效果，且获得了更好的脱氮能力；多点进水（比例为2∶2∶1）降低了系统前端的污染负荷，合理分配了碳源，使系统对含氮污染物等的去除能力提高，虽然总体能耗无显著变化，但处理能力的增强明显提升了能效。

关键词：3AMBR;节能降耗;多点进水;供氧方式;脱氮

膜生物反应器(membrane bio-reactor,MBR)具有占地面积小、出水水质好、污泥产率低等优点[1],然而高能耗成为了MBR工艺在水处理领域进一步研究和应用的最大瓶颈[2-3]。据统计,我国城市污水处理厂的平均电耗为0.29kWh•m-3,其中MBR工艺单位能耗是0.6~0.9kWh•m-3,远高于传统生物处理工艺(0.2~0.3kWh•m-3),能耗水平与欧美等发达国家相比差距较大[4-5]。

特别是处理低浓度有机物废水时能耗问题尤为突出,如何找到降低能耗、物耗的途径是当前的迫切需要[6-8]。缺氧-厌氧-好氧膜生物反应器(anoxic-anaerobic-anoxic membrane bio-reactor,3AMBR)是具有高效脱氮除磷性能的新型MBR组合工艺[9-12]。

该工艺具有出水水质好、运行稳定、污泥产量小等优点,但同时系统存在运行成本过高的问题[13]。李捷等[14]认为,3AMBR工艺的能耗主要来源于降低膜污染、提高脱氮除磷效果而采取的强曝气和内循环的动力消耗。

基于3AMBR实际运行中存在的高能耗问题,本研究开展中试实验,尝试从改变进水、曝气及内回流比的方式对3AMBR工艺的优化运行进行了研究,以期在无外加碳源的条件下,达到强化脱氮效率、节能降耗的目的,并研究可用于工程实际的工艺节能改造方案。

1实验材料及方法

1.1实验进水

中试装置搭建于昆明第四污水厂内,进水为经污水厂三道格栅处理后的生活污水和污泥脱水原液,实验期间进水水质见表1。实验进水水质波动较大,其中C/N(质量比)为5.40,根据传统脱氮理论,进水碳源稍显不足,属于低C/N值生活污水,脱氮难度较大[15]。

表1进水水质

1.2实验装置

中试装置箱体采用钢板焊接制备,设备有效容积为L×W×H=3.9m×2m×2m,设计污水处理量为1m3•h-1,采用昆明第四污水处理厂现有运行工艺,工艺流程为厌氧-缺氧-好氧-变化池-膜池(图1),该工艺对好氧池进行了分区,好氧区前段(好氧1段)充分利用膜池回流的DO,可减少曝气器布置密度,后段(好氧2段)有机物浓度较低,减少曝气器布置密度,为后续处理单元争取更多碳源,同时可减少好氧停留时间、增加变化池停留时间,提高总氮去除效率。

各池体间用开孔钢板分隔。膜组器采用帘式聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)中空纤维膜,膜孔径≤0.1μm。

1.3中试装置运行工况

中试装置的污泥龄为15d,膜池约为7g•L-1,好氧池与变化池约为6g•L-1,厌氧池与缺氧池约为5g•L-1。总水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)为14.04h(其中:厌氧区1.08h、缺氧区7.02h、好氧区4.32h、膜区1.62h)。该工艺设置了3个混合液回流:膜池至好氧池(R1)、好氧池至缺氧池(R2)、变化池至厌氧池(R3)。

产水由自吸泵间歇抽吸出水,抽停时间比为9min/1min,每周进行一次维护性清洗(enhanced flux maintenance,EFM)。进水量、回流量与曝气量主要通过电磁阀(2W-250-25)、液体电磁流量计(BTLD-200161110)与气体流量计控制。本研究优选了4套实验方案,其中方案1模拟昆明市第四污水处理厂处理工艺流程。

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