市政污水二级出水处理

　　水资源短缺和水污染问题已经成为影响和制约着我国社会经济可持续发展的瓶颈，加强污水再生回用是实现污水资源化、 缓解水资源供需矛盾的重要途径， 市政污水经过二级生化处理后，水中残留的大多是难生物降解的有机物。 然而， 目前常规二级处理工艺出水水质很难满足日益严格的水质排放要求。因此， 研发有效的市政二级出水处理新技术迫在眉睫。

　　膜生物反应器是将膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型高效污水处理技术，具有污泥浓度高、占地面积小、 处理效率高等优点， 又由于陶瓷膜通量大、能耗低、耐腐蚀， 用其组装的陶瓷膜生物反应器得到了广泛的研究和应用。为了提高污染物的去除效果和减轻运行过程中的膜污染问题， 一般需要与其他预处理工艺组合使用。研究表明，投加臭氧， 可以显著减轻陶瓷膜的膜污染， 同时臭氧还可以氧化降解有机物， 提高污水的可生化性。因此，本研究采用臭氧与陶瓷膜生物反应器联用， 使其充分发挥各自优势， 以强化对市政二级出水的处理效果，系统考察了臭氧-陶瓷膜生物反应器组合工艺处理市政二级出水的效能，以期形成一套经济高效、安全可靠的新型组合处理工艺。

　　1 材料与方法

　　1.1 试验原水

　　试验用水选取某大学生活污水二级生化处理出水，二级生化处理工艺流程为： 曝气调节-水解酸化-缺氧-好氧生物接触氧化-沉淀-过滤-消毒-二级出水。 根据试验要求调整主要污染物浓度， 具体水质如表 1 所示。

　　1.2 试验工艺流程及控制参数

　　原水进水流量为 0.085 L / min， 由蠕动泵控制，首先进入臭氧接触池， 再经浸没式平板陶瓷膜反应器处理得到出水。臭氧投加量为5 mg/L，选用的陶瓷膜材料为Al2O3，孔径为 200nm，有效过水面积为0.1m2。采用错流过滤模式，恒定跨膜压差为0.1MPa。试验中控制膜生物反应器内MLSS的质量浓度为5000mg/L，SRT为10d。

　　1.3 分析方法

　　浊度： HACH2100P 浊度计; pH 值： PHS-3CpH 计; CODMn： 酸性高锰酸盐法; 氨氮： 纳氏试剂分光光度法; 亚硝态氮： 重氮化偶合分光光度法; 硝态氮： N-(1-奈基)-乙二胺光度法; UV254：紫外分光光度法; 溶解氧： JPBJ-608 溶解氧仪。

　　2 结果与讨论

　　2.1 臭氧-陶瓷膜生物反应器处理效果

　　2.1.1 对浊度的去除效果

　　组合工艺对浊度的去除效果如图 1 所示。

　　由图 1可知，原水浊度平均为6.12 NTU， 经组合工艺处理后， 浊度降至 0.10 NTU 以下， 去除率达到 98.7%。 市政污水二级处理出水中还留有一定的浊度， 通过臭氧氧化， 浊度变化较小， 这主要是因为臭氧起到了一定的助凝作用。 一方面， 臭氧的微絮凝效应有助于有机胶体和颗粒物的混凝; 另一方面， 臭氧氧化增加了水中的含氧官能团有机物，与金属盐等形成聚合体， 使颗粒脱稳， 产生共沉

　　淀， 从而使浊度减小。 出水经陶瓷膜生物反应器的截留作用， 浊度明显下降， 水中绝大多数浊度被去除。 结果表明， 组合工艺对浊度的去除非常有效。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

　　2.1.2 对氨氮的去除效果

　　组合工艺对氨氮的去除效果如图 2 所示。

　　由图 2 可知， 进水氨氮平均质量浓度为 2.50mg / L， 臭氧氧化后氨氮基本没有得到去除， 有的甚至略有升高， 这可能是由于臭氧的强氧化性， 使原水中的部分有机氮转化为氨氮， 有利于后续的生物处理。 经陶瓷膜生物反应器过滤后， 最终出水氨氮平均质量浓度为 0.07 mg / L， 去除率达到 97.3%。在这一过程中， 亚硝化细菌和硝化细菌通过硝化作用， 将氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮， 从而使得水中氨氮含量大幅度降低。 在整个氨氮的去除过程中， 陶瓷膜生物反应器发挥了主要作用。

　　2.1.3 对亚硝态氮的去除效果

　　组合工艺对亚硝态氮的去除效果如图 3 所示。

　　由图 3 可知， 进水亚硝态氮平均质量浓度为 0.17 mg / L， 臭氧出水平均质量浓度为 0.014 mg / L，去除率约为 81.3%， 这是因为亚硝态氮具有强还原性， 易被臭氧氧化成硝态氮， 使其含量降低; 经组合工艺处理后， 最终出水亚硝态氮平均质量浓度低于 0.01 mg / L， 平均去除率达到 96.0%。 亚硝态氮的去除主要集中在臭氧氧化阶段， 再进一步经过陶瓷膜生物反应器的硝化作用， 使亚硝态氮转化为硝态氮， 实现亚硝态氮从水中的去除。

　　2.1.4 对 CODMn 的去除效果

　　组合工艺对 CODMn 的去除效果如图 4 所示。

　　由图 4 可知， 原水中 CODMn 平均质量浓度为4.23 mg / L， 经组合工艺处理后出水质量浓度低于2.50 mg / L， 平均去除率为 41.2% 。 臭氧对 CODMn的平均去除率为 10%， 这是因为臭氧可将一些大分子有机物或者难降解的高分子有机物转化成小分子物质， 部分被氧化成 CO2 和 H2O。 再经陶瓷膜生物反应器的截留作用和生物降解作用， 将水中的小分子有机物进一步去除。

　　2.1.5 对 UV254 的去除效果

　　组合工艺对 UV254 的去除效果如图 5 所示。

　　由图 5 可知， 进水 UV254 平均值为 0.056 cm-1，臭氧出水的 UV254 平均值为 0.039 cm-1， 组合工艺出水平均值为 0.037 cm-1， 平均去除率为 32.9%。 由此可见， 臭氧氧化后， 具有非饱和结构的有机物浓度明显下降， 这是因为臭氧具有强氧化性， 改变了原水中有机物的性质和分子结构。 分析可知， 组合工艺对 UV254 有一定的去除效果， 其中臭氧氧化对其去除发挥了主要作用。

　　2.2 陶瓷膜通量变化

　　在试验进行过程中， 陶瓷膜因截留待滤水中的污染物从而引起通量的减小。 跨膜压差为 0.1 MPa时直接过滤和组合工艺的陶瓷膜通量变化曲线如图6 所示。 由图 6 可知， 直接过滤的陶瓷膜通量从711 L / ( h·m2) 减 少 到 521 L / ( h·m2)， 减少了26.7%; 而组合工艺的陶瓷膜通量从 725 L / (h·m2)减少到 621 L / (h·m2)， 减少了 14.3%。 根据通量减少量对比可知， 在组合工艺中， 由于在陶瓷膜生物反应器前加臭氧氧化工艺， 二级出水中一些大颗粒

　　物质被氧化， 降低了膜的有机物污染程度， 使得膜通量降低变慢， 污染速率减缓。 因此， 臭氧氧化有效地减轻了膜污染， 提高了膜的稳定通量。

　　3 结论

　　(1) 投加臭氧可以氧化有机物， 提高污水的可生化性。 臭氧氧化过程对二级出水中的有机物有一定的去除能力。

　　(2) 臭氧与陶瓷膜生物反应器组合工艺可以实现对生活污水二级出水的深度处理， 能够弥补臭氧对浊度、 氨氮等污染物去除效果不佳的缺点。 最终出水浊度、 氨氮、 亚硝态氮、 CODMn 和 UV254 分别为 0.08 NTU、 0.07 mg / L、 0.01 mg / L、 2.50 mg / L 和 0.037 cm-1， 对应的去除率分别为 98.7%、 97.3%、96.0%、 41.2% 和 34.1%， 处理效果良好。

　　(3) 直接过滤的陶瓷膜通量减少了 26.7%， 而组合工艺的陶瓷膜通量减少了 14.3%。 臭氧有效地减轻了膜污染， 提高了膜的稳定通量。(来源：山东泰禾环保科技股份有限公司)