城市污水處理廠進水水質分析及MBR 膜生物處理工藝研究

陳 琰

（青島職業(yè)技術學院，山東 青島 266555）

隨著近年來我國城鎮(zhèn)化進程的不斷加快，城市污水的排放量也呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，我國的水資源供應相對比較匱乏，多地都存在比較嚴重的用水困難問題，城市污水的大量產(chǎn)生及排放不僅會造成嚴重的生態(tài)環(huán)境污染，還會造成大量水資源的浪費[1-3]。因此，為了提高我國水資源的利用效率，有必要對城市污水進行深度高效的處理，以提高水資源的循環(huán)再利用能力。

目前，針對城市污水的處理方法主要包括物理法、化學法以及生物法等[4-6]，但由于城市污水通常具有成分復雜、污染物含量高以及處理困難等特點，采用單一的處理方法往往無法達到較好的處理效果，需要幾種處理方法聯(lián)合使用才能達到較為理想的處理效果[7，8]。其中MBR 膜生物處理工藝是將膜分離技術與生物處理技術相結合的一種新型污水處理技術[9-12]，在生物反應器中置入膜組件，使其具有更加高效的固液分離效率，MBR 膜生物反應器中的膜組件對微生物的截留作用較好，能夠使系統(tǒng)保持較高的污泥濃度和較長的停留時間，耐沖擊負荷性能較強。另外，MBR 膜生物處理技術通常還具有出水水質好、懸浮物含量低、COD、NH3-N 和濁度較低的特點，并且設備的占地面積較小、回收率高以及使用壽命較長，能夠適應城市污水和工業(yè)污水的處理需求，具有比較廣闊的應用前景[13-15]。本文以某城市污水處理廠的進水水樣為研究對象，在分析了不同時間節(jié)點的進水水質指標的基礎之上，開展了MBR膜生物處理工藝研究，并對其處理效果進行了分析，以期為城市污水的高效處理提供一定的技術支持和借鑒。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

本文采用MBR 膜生物處理中試裝置對目標污水處理廠的進水進行處理，其中MBR 膜生物處理工藝中試裝置的簡易流程圖見圖1。中試裝置的材質均為碳鋼，裝置設計的日處理量為150m3·d-1。其中MBR 池中的膜組件選擇為中空纖維膜，材質主要為聚偏氟乙烯、高分子聚合物聚砜和聚醚砜，膜的總面積為70m2，孔徑為0.04μm。

圖1 MBR 膜生物處理工藝中試裝置流程圖Fig.1 Flow chart of MBR membrane biological treatment process pilot plant

具體處理流程 首先，將目標城市污水處理廠的污水注入調節(jié)池，然后依次經(jīng)過缺氧池、好氧池、MBR 池，總HRT 為5d，混合液經(jīng)過MBR 池的處理后繼續(xù)回流至缺氧池，最后經(jīng)過自吸泵出水。對處理不同時間后的出水水質進行測定，主要包括COD、NH3-N、TN、TP 和SS。

1.2 主要材料及儀器

實驗用污水取自目標城市污水處理廠；K2Cr2O7、濃H2SO4、濃HCl、NaOH、NH3·H2O、Ag2SO4、FeSO4、（NH4）2Fe（SO4）2、鄰 苯 二 甲 酸 氫 鉀、K2S2O8、KNO3、Na4P2O7，均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司；納氏試劑（AR 天津市光復科技發(fā)展有限公司）；NH4MoO（AR 西安天茂化工有限公司）。

HT-1004B 型電子分析天平（青島海特爾環(huán)保科技有限公司）；101 型數(shù)顯電熱恒溫鼓風干燥箱（滄州鑫鑫試驗儀器有限公司）；MR-16 型微孔濾膜過濾器（青島瑞明儀器設備有限公司）；UV759CRT型紫外可見分光光度計（上海荊和分析儀器有限公司）；5B-3N 型氨氮快速測定儀（北京連華永興科技有限公司）；HK-8620 型連續(xù)流動分析儀（北京華科儀科技股份有限公司）。

1.3 水質分析方法

按照環(huán)境保護行業(yè)標準HJ 495-2009《水質采樣方案設計技術規(guī)定》的相關要求，在不同時間節(jié)點對目標城市污水處理廠的進水口進行取樣，然后分別測定不同水樣的COD、NH3-N、TN、TP 和SS 濃度值。其中COD 濃度的測定方法參照環(huán)境保護行業(yè)標準HJ 828-2017《水質 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》進行；NH3-N 濃度的測定參照環(huán)境保護行業(yè)標準HJ 535-2009《水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》進行；TN 濃度的測定參照環(huán)境保護行業(yè)標準HJ 636-2012《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》進行；TP 濃度的測定參照環(huán)境保護行業(yè)標準HJ 670-2013《水質磷酸鹽和總磷的測定 連續(xù)流動-鉬酸銨分光光度法》進行；SS 濃度的測定參照國家標準GB/T 11901-1989《水質 懸浮物的測定重量法》進行。

2 結果與討論

2.1 目標污水處理廠進水水質分析

按照1.3 中的實驗方法對目標污水處理廠2020年不同月份的平均水質指標進行了分析總結，結果見表1。

表1 目標污水處理廠進水水質分析結果Tab.1 Analysis results of inflow water quality of the target sewage treatment plant

由表1 可見，目標城市污水處理廠進口水樣中各項污染物的濃度存在一定的波動現(xiàn)象，但整體來看，變化的幅度并不大，其中COD 濃度范圍在187.4~218.5mg·L-1之間，平均為202.8mg·L-1；NH3-N濃度范圍在35.5~41.5mg·L-1之間，平均為38.3mg·L-1；TN 濃度范圍在49.1~52.9mg·L-1之間，平均為50.8mg·L-1；TP 濃度范圍在5.1~7.9mg·L-1之間，平均為6.1mg·L-1；SS 濃度范圍在248.3~279.8mg·L-1之間，平均為261.6mg·L-1。綜合來看，目標城市污水處理廠的進水水質中的污染物濃度含量較高，但波動變化的范圍較小，適合采用MBR 膜生物處理工藝對其進行處理。

2.2 MBR 膜生物處理效果分析

2.2.1 COD 去除效果 圖2 為目標污水經(jīng)過MBR膜生物處理后的COD 去除效果，其中不同時間的進水水質指標見表1（下同）。

圖2 COD 去除效果Fig.2 COD removal effect

由圖2 可見，污水經(jīng)過處理后出水中的COD 值均低于12mg·L-1，COD 去除率在95%左右。12 個月出水中的平均COD 濃度為9.82mg·L-1，遠遠小于國家標準GB 18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物綜合排放標準》中要求的一級A 標準（COD≤50mg·L-1），COD 去除率平均可以達到95.15%。

2.2.2 NH3-N 去除效果 圖3 為目標污水經(jīng)過MBR 膜生物處理后的NH3-N 去除效果。

圖3 NH3-N 去除效果Fig.3 Ammonia nitrogen removal effect

由圖3 可見，污水經(jīng)過處理后出水中的NH3-N濃度值均較低，NH3-N 去除率在95%以上。12 個月出水中的平均NH3-N 濃度為0.94mg·L-1，同樣遠遠低于國家標準GB 18918-2002 中要求的一級A 標準（氨氮≤5mg·L-1），NH3-N 去除率平均可以達到97.53%。

2.2.3 TN 去除效果 圖4 為目標污水經(jīng)過MBR 膜生物處理后的TN 去除效果。

圖4 TN 去除效果Fig.4 Total nitrogen removal effect

由圖4 可見，污水經(jīng)過處理后出水中的TN 濃度值均較低，TN 去除率在80%以上。12 個月出水中的平均TN 濃度為8.41mg·L-1，同樣低于國家標準GB 18918-2002 中要求的一級A 標準（TN≤15mg·L-1），TN 去除率平均可以達到83.45%。

2.2.4 TP 去除效果 圖5 為目標污水經(jīng)過MBR 膜生物處理后的TP 去除效果。

圖5 TP 去除效果Fig.5 Total phosphorus removal effect

由圖5 可見，污水經(jīng)處理后出水中的TP 濃度值均較低，TP 去除率均在90%以上。12 個月出水中平均TP 濃度為0.35mg·L-1，同樣低于國家標準GB 18918-2002 中要求的一級A 標準（TP≤0.5mg·L-1），TP 去除率平均可以達到94.19%。

2.2.5 SS 去除效果 圖6 為目標污水經(jīng)過MBR 膜生物處理后的SS 去除效果。

圖6 SS 去除效果Fig.6 Suspended solids removal effect

由圖6 可見，污水經(jīng)過處理后出水中的SS 濃度值均較低，SS 去除率均在99%以上。12 個月出水中的平均SS 濃度為1.93mg·L-1，同樣遠遠低于國家標準GB 18918-2002 中要求的一級A 標準（TP≤10mg·L-1），SS 去除率平均可以達到99.26%。

綜上，目標城市污水處理廠的污水經(jīng)MBR 膜生物處理工藝處理后，各項污染物指標（COD、NH3-N、TN、TP 和SS）均能達到國家標準GB 18918-2002 中的一級A 標準要求，MBR 膜生物處理工藝能夠對目標污水起到較好的處理效果。能夠使出水中COD、NH3-N、TN、TP、SS 濃度長期保持較低水平，從而達到相關排放標準要求。但后續(xù)仍需對該工藝進行繼續(xù)優(yōu)化研究，以滿足不斷變化的污水水質指標。

3 結論及建議

（1）目標城市污水處理廠進口水樣水質分析結果表明，COD、NH3-N、TN、TP 和SS 平均濃度分別為202.8mg·L-1、38.3mg·L-1、50.8mg·L-1、6.1mg·L-1、261.6mg·L-1。進水水質中污染物的濃度較高，但隨時間的波動變化范圍比較小。

（2）對目標污水采用MBR 膜生物處理工藝進行處理，結果表明，處理后的污水中COD、NH3-N、TN、TP 和SS 濃度平均值分別為9.82mg·L-1、0.94mg·L-1、8.41mg·L-1、0.35mg·L-1、1.93mg·L-1，各項污染物指標均明顯低于國家標準GB 18918-2002 中的一級A標準要求。

（3）MBR 膜生物處理工藝對目標城市污水的處理效果較好，能夠有效去除污水中的各種污染物，使出水水質達到相關排放標準。但針對某些城市污水處理廠進水水質變化范圍較大的情況，仍需要對相關處理工藝進行優(yōu)化，以達到更好的處理效果。