近年來(lái)，隨著(zhù)對農村人居環(huán)境改善和基礎設施建設的日益重視，農村生活污水的收集、治理力度不斷加大，因地制宜的污水分散式處理模式在農村地區得到了廣泛應用。以一體化膜生物反應器(MBR)為主體工藝的一體化污水處理設備，因其處理效果好、抗沖擊能力強、占地面積小、出水水質(zhì)穩定，成為分散式農村生活污水處理的主要技術(shù)之一。我國農村生活污水具有日變化系數大、氮磷含量高等特點(diǎn)，我國農村生活污染對流域中磷的貢獻率達8%。脫氮除磷是農村生活污水處理的主要目標，但生物法除磷效果有限，出水總磷(TP)達標存在一定的難度。通過(guò)投加除磷藥劑，在生物除磷的基礎上采用化學(xué)的方法輔助除磷，為解決這一問(wèn)題提供了有效途徑。但由于除磷藥劑投加量、投加位置等諸多因素都會(huì )影響除磷效果，化學(xué)除磷的運行參數需要進(jìn)一步優(yōu)化。同時(shí)，除磷藥劑的加入可能會(huì )對活性污泥性能產(chǎn)生影響，對MBR膜污染的利弊也需要進(jìn)一步分析。

本研究依托一套以MBR為主體工藝的一體化污水處理設備對實(shí)際生活污水進(jìn)行處理，通過(guò)投加聚合硫酸鐵(PFS)作為除磷藥劑，進(jìn)行半年以上的化學(xué)同步除磷試驗，優(yōu)化了PFS投加量和投加位置，對除磷效果、活性污泥性能及膜污染情況進(jìn)行了跟蹤監測與評價(jià)，可為一體化MBR污水處理設備在農村生活污水處理中穩定同步脫氮除磷提供依據。

1、材料與方法

1.1 裝置

采用一套處理工藝為A+MBR的一體化污水處理設備，設計規模30m3?d-1(圖1)。設備殼體采用玻璃鋼材質(zhì)，直徑2m，長(cháng)4.5m。正常運行時(shí)，污水自進(jìn)水口進(jìn)入缺氧池，池內填充鮑爾環(huán)填料以強化反硝化，池底設穿孔曝氣管進(jìn)行間歇攪拌以防止污泥沉于底部;之后污水自流進(jìn)入MBR池，污水中有機污染物在好氧微生物的作用下得到充分降解，NH3-N得到硝化;MBR池膜區內放置PVDF中空纖維膜組件，在抽吸泵的作用下處理后凈水被抽出排放，微生物被完全截留在池內繼續發(fā)揮降解作用;MBR池末端設氣提回流裝置，將硝化液回流至缺氧池，實(shí)現反硝化脫氮。同時(shí)，裝置采用PLC控制系統實(shí)現自動(dòng)運行，且可通過(guò)觸摸屏控制面板修改運行參數。

1.2 污水

為某園區生活污水，通過(guò)管道收集且經(jīng)格柵和調節池預處理后由泵提升進(jìn)入實(shí)驗裝置。

1.3 處理設計

采用PFS作為除磷藥劑，鐵有效含量21%。將PFS配制成一定濃度的溶液后，由計量泵進(jìn)行自動(dòng)、連續加藥，同時(shí)，定期校核計量泵流量。

實(shí)驗裝置連續運行6個(gè)月，期間對除磷藥劑的投加量和投加位置進(jìn)行了優(yōu)化研究，同時(shí)考查了鐵鹽投加對活性污泥性能、pH和膜污染的影響。裝置運行期間，水溫為20~30℃，污泥濃度(MLSS)控制在5000~6000mg?L-1。實(shí)驗各階段進(jìn)水水質(zhì)及藥劑投加情況如表1所示。

1.4 分析方法

COD采用型號為COD-2000的COD在線(xiàn)分析儀測定，NH3-N采用型號為NH3-N-2000的氨氮在線(xiàn)分析儀測定，TP采用型號為T(mén)PN-2000的總磷在線(xiàn)分析儀測定，MLSS采用濾紙稱(chēng)量法測定，pH采用便攜式pH計測定，溫度采用水銀溫度計測定。

2、結果與分析

2.1 藥劑投加對出水污染物濃度的影響

2.1.1 PFS投加量的影響

實(shí)驗裝置啟動(dòng)并穩定運行20d后，開(kāi)始向MBR池好氧區投加除磷藥劑，PFS投加量按40~50、50~60和60~70mg?L-1依次增加，測定出水COD、NH3-N和TP濃度的結果如圖2所示。

圖2可知，未投加PFS時(shí)，裝置出水COD和NH3-N平均濃度分別為31和2.49mg?L-1，能夠穩定達到GB18918―2002《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》中一級A標準;但出水TP濃度在1.5~3.0mg?L-1，遠高于一級A標準的要求(0.5mg?L-1)。投加PFS后，出水TP濃度明顯下降，且隨著(zhù)PFS投加量增加，TP去除率增大。當PFS投加量為50~60mg?L-1時(shí)，出水TP平均濃度降至0.477mg?L-1，滿(mǎn)足達標要求，每1t水藥劑費用約為0.08元。在加藥各階段初始時(shí)期對NH3-N的去除產(chǎn)生了不利的影響，這主要是由于化學(xué)藥劑對敏感的硝化菌產(chǎn)生了抑制作用，但隨著(zhù)加藥進(jìn)行，微生物逐漸得到馴化，抗藥性增強，NH3-N去除效果逐漸恢復。相比于TP和NH3-N，投加PFS對COD去除效果的影響幾乎可以忽略。

2.1.2 PFS投加位置的影響

在實(shí)驗第V和第VI階段，分別將PFS投加位置改為缺氧池和硝化液回流管，PFS投加量均為50~60mg?L-1，同時(shí)與第III階段出水TP濃度進(jìn)行對比，結果如圖3所示。由圖3可知，加藥位置對TP的去除效果影響明顯，去除效率從高到低依次為回流管、好氧區和缺氧池，與GUO等的實(shí)驗結果一致。投加位置為回流管和好氧區時(shí)，出水TP平均濃度分別為0.253和0.474mg?L-1，能夠滿(mǎn)足一級A標準的要求。但從藥劑利用效率來(lái)看，PFS最佳投加位置為回流管處。從理論上分析，將PFS投加在回流管，可使藥劑和回流硝化液在管內流動(dòng)過(guò)程中達到更好的混合效果，從而提高了藥劑利用效率和TP的去除效果。

2.1.3 長(cháng)期連續運行的效果

在實(shí)驗第VII階段，穩定運行裝置2個(gè)月，期間連續投加PFS于回流管，投加量為50~60mg?L-1，測定出水水質(zhì)，結果如圖4所示。經(jīng)過(guò)前幾個(gè)階段的加藥馴化，裝置內微生物對PFS有了較好的適應性，對水中各類(lèi)污染物質(zhì)也有了相對穩定的去除效果。出水COD、NH3-N和TP濃度均能穩定達到一級A標準，平均濃度分別為25、2.34和0.240mg?L-1。結果表明，PFS對微生物的不利影響可以通過(guò)馴化逐漸減弱直至消失，化學(xué)同步除磷在MBR一體化污水處理設備的長(cháng)期連續運行中，出水主要水質(zhì)指標可以穩定達標。

2.2 藥劑投加對運行參數的影響

2.2.1 對pH的影響

在運行第I~IV階段，考查PFS的投加及用量對出水pH值的影響，結果如圖5所示。投加PFS后出水pH值出現下降趨勢，且隨著(zhù)投加量的增大，pH值降低更加明顯。未加藥時(shí)，出水pH值接近中性，平均為6.93;投加40~50、50~60、60~70mg?L-1PFS后，出水pH平均值分別降至6.66、6.32和5.81。由此可知，當PFS投加量大于60mg?L-1時(shí)，出水pH值低于6，已無(wú)法滿(mǎn)足一級A標準的要求。因此，采用PFS進(jìn)行化學(xué)除磷時(shí)，藥劑投加量宜控制在60mg?L-1以?xún)取?/p>

2.2.2 對污泥沉降性能的影響

向活性污泥中適量投加除磷藥劑可以增強其沉降性能。本實(shí)驗對PFS投加前后裝置內活性污泥沉降比(SV30)進(jìn)行多次測定，結果如圖6所示。PFS的投加對實(shí)驗裝置SV30影響較大，藥劑投加前SV30保持在90%以上，多次測定的平均值高達96%;而投加PFS后SV30降至42%~77%，平均值為56%，活性污泥沉降性能明顯改善。

2.2.3 對膜污染的影響

圖7所示為實(shí)驗裝置連續運行6個(gè)月過(guò)程中跨膜壓差的變化曲線(xiàn)，期間未對膜組件進(jìn)行任何化學(xué)藥劑清洗。從圖7中可知，隨著(zhù)運行天數增加，跨膜壓差從初始的13kPa最終上升至24kPa，整體呈現逐漸升高的趨勢。具體來(lái)看，跨膜壓差的變化過(guò)程可以分為3個(gè)階段。裝置運行的前1.5個(gè)月為第1階段，跨膜壓差較為穩定，基本保持在13kPa左右，膜未受到明顯污染;裝置運行1.5~4.5個(gè)月期間為第2階段，跨膜壓差升至15kPa左右，但仍相對穩定，膜污染較輕微;裝置運行的最后1.5個(gè)月為第3階段，此階段跨膜壓差出現急劇上升的趨勢，表明膜受到了較為嚴重的污染，亟需進(jìn)行化學(xué)藥劑清洗。實(shí)驗期間，裝置跨膜壓差的增長(cháng)可以總結為相對平穩運行后出現突變上升，其膜污染過(guò)程基本符合常規規律。有研究提出，選用鐵鹽進(jìn)行MBR化學(xué)同步除磷時(shí)，投加聚合氯化鐵(PFC)將加重膜污染，但實(shí)驗裝置在連續投加PFS后仍能穩定運行4個(gè)月，表明PFS對膜污染影響不大。

3、小結

農村生活污水磷含量高，TP去除困難，是農村生活污水處理的一大難點(diǎn)。通過(guò)在MBR一體化污水處理設備中投加PFS，進(jìn)行鐵鹽同步除磷，可以有效降低出水TP濃度。PFS最佳投加量為50~60mg?L-1，最佳投加位置為回流管處。采用PFS進(jìn)行化學(xué)除磷時(shí)，出水pH值隨著(zhù)加藥量的增加而逐漸降低，PFS投加量不宜超過(guò)60mg?L-1。實(shí)驗裝置在連續投加PFS后，在未對膜進(jìn)行任何化學(xué)藥劑清洗的情況下，仍能長(cháng)期穩定運行，跨膜壓差增長(cháng)過(guò)程基本符合常規規律，表明PFS對膜污染影響不大。而投加PFS后裝置內SV30從90%以上下降至42%~77%，活性污泥沉降性能得到明顯改善。（來(lái)源：誠邦設計集團有限公司，浙江省農業(yè)科學(xué)院環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院）