硝化液回流比对ABR-MBR工艺反硝化除磷效能的影响
ABR-MBR耦合工艺在不同条件下的运行研究结果表明,将溶解氧(DO)维持在低浓度(0.3~1.0mg˙L-1)下及HRT维持在较短(HRTMBR=3h)情况下在MBR中实现了短程硝化,亚硝酸盐积累率达到60%以上;随着硝化液回流比的增大,ABR中反硝化除磷效能先升高后下降,以300%时反硝化除磷效果为最佳,此时亦处于MBR短程硝化阶段,实现了短程反硝化除磷(主要以NO2-作为电子受体的反硝化除磷),且短程反硝化除磷在系统除磷中占据了主导作用.
由氮和磷引起的水体富营养化已成为全世界急需解决的问题之一.在传统生物工艺中,氮和磷的去除均需要有机底物,导致反硝化菌和聚磷菌相互竞争碳源,而生活污水在无外加碳源的情况下其浓度远远不够,从而限制了传统脱氮除磷工艺的去除效率.
反硝化除磷菌(DPBs)的发现为这一矛盾提供了一条解决之道[4].与聚磷菌(PAOs)的不同之处在于DPBs在缺氧环境下能利用NO3-/NO2-而非O2作为电子受体进行吸磷[5~7].因此,可在碳源有限的条件下实现“一碳两用”[8~10].短程反硝化除磷则是在短程硝化的基础上实现反硝化除磷,即以NO2-为主要电子受体进行缺氧吸磷,这将进一步减少碳源需求和曝气能耗.
厌氧折流板反应器(ABR)多应用于高浓度污水的处理,但有研究表明,ABR反应器与其它好氧反应器联合处理低浓度生活污水也能取得较好的处理效果.ABR反应器在厌氧条件下运行可实现微生物相分离,利用ABR反应器不同隔室内不同优势微生物种群在厌氧低耗的条件下实现对底物的不同阶段和不同程度的转化,为短程反硝化除磷提供优质碳源.
短程反硝化除磷需要一个好氧阶段来实现短程硝化以提供NO2-作为缺氧吸磷的电子受体.近年来,膜生物反应器(MBR)凭借其高效的生物截留作用及泥龄(SRT)与水力停留时间(HRT)完全分离的优势,并随着制膜成本和运转费用的下降而被日趋广泛地得到应用.
目前国内外报道的基于短程硝化的反硝化除磷处理低C/N生活污水的研究甚少,短程反硝化除磷工艺能否真正运用于工程实际仍有待探索.本文以生活污水为研究对象,采用前期研究构建并取得良好脱氮除磷效果的ABR-MBR协同组合工艺,在MBR实现短程硝化的基础上采用与前期研究不同的回流方式在前端ABR中实现短程反硝化除磷,以期为低碳源城市污水的连续流处理系统提供一种运行方式,并取得稳定的脱氮除磷效果.
1材料与方法
1.1试验装置
ABR-MBR工艺试验装置如图1.本研究采用的ABR-MBR一体化反应器由4隔室ABR反应器和好氧MBR反应器组成,均采用有机玻璃制成,总有效容积为10.8L,ABR反应器和好氧MBR反应器的有效容积分别为7.2L和3.6L.ABR第1、2隔室为厌氧区,第3、4隔室为缺氧区,MBR为好氧区.
MBR反应器采用间歇抽吸出水,抽吸周期为10min(8min出水/2min反冲洗),底部采用微孔曝气供氧.膜组件采用PVDF柱状式中空纤维膜,膜孔径为0.2μm,采用真空压力表测定跨膜压差(TMP)以反映膜的污染情况,一旦TMP≥30kPa,则对膜组件进行化学清洗.
图1：ABR-MBR工艺试验装置示意
试验用污水全部进入厌氧区.为实现短程反硝化除磷,设置两个回流.一是污泥回流R1:将ABR第4隔室污泥回流至ABR第2隔室,旨在利用优质碳源释磷;二是硝化液回流R2:将MBR硝化液回流至ABR第3隔室,使其处于缺氧环境而实现反硝化除磷.采用蠕动泵控制进、出水和R1、R2,并采用可编程逻辑控制器(PLC)控制水位的恒定并实现出水、冲洗等运行过程的自动控制.