MBR处理船舶生活污水氮磷去除效能的试验研究

宫福强 张宏岳 祝玉芳

（1. 大连市环境监测中心，辽宁 大连 116023 2.浦华环保有限公司，北京 100084 3.哈尔滨工程大学，黑龙江 哈尔滨 150001）

引言

近年来，迅速发展的航运业所带来的船舶生活污水污染问题逐渐引起人们关注[1]。船舶生活污水污染负荷高、水量和水质变化大、船体空间有限等这些特点[2]使得一些常规污水处理工艺不能满足船舶生活污水的排放标准。MBR是将一种将膜分离技术和生物降解技术有机结合新污水处理工艺[3]。MBR处理效果好、出水水质稳定、设备占地面积小等的优点[4]使它能够在船舶生活污水处理中有很好的应用。2010年1月l日开始执行比原来更加严格的船舶生活污水处理装置排放新标准，如对SS、BOD5、COD等的排放量[5]。而部分国家或地区已经对氨氮的排放也有了要求，因此本文研究MBR对船舶生活污水氮磷的去除。

1 试验部分

1.1 试验材料

中空纤维膜片（帘式膜）膜组件：中空纤维；单个膜组件的有效面积为2m2，外径350μm-400μm，内径250-300μm，壁厚40μm-50μm，微孔尺寸0.1μm-0.2μm，孔隙率40%～50%，透气率＞7.0x102cm3/cm2.s.cmHg；膜材质为聚丙烯（PP）。料液：反应器的进水为船舶生活污水模拟水。试剂：试验中所用常规试剂均为分析纯；标准溶液均采用超纯水配制，总氮测定过程用水为无氨水，其它溶液以去离子水配制。

1.2 装置简图及实验方法

图1 膜生物反应器（MBR）工艺过程图

如图1所示为膜生物反应器（MBR）工艺过程图。通过蠕动泵的加压使原水进入MBR处理区，将出水抽入清水池内，为维持清水池液位恒定在清水池后设置虹吸管。膜组件与自吸泵和反冲泵相连，自吸泵通过吸取的办法，从MBR区的泥水混合物中分离出清水。膜片通过反冲泵进行定时反冲洗。空气泵通过位于反应池底中部的微孔曝气盘连续向反应器中曝气，为反应器提供溶解氧。曝气产生的气泡及水流夫人流动能够使膜丝抖动，以实现对膜的自清洗。

图2 MBR对氨氮的去除特性

1.3 测试指标与方法

氨氮（NH3-N）采用纳氏试剂分光光度法测定；总氮（TN）采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定；总磷（TP）采用过硫酸钾消解-钼锑分光光度法测定。

2 结果与讨论

2.1 对氨氮和总氮的去除特性

本试验对船舶生活污水模拟水进水、出水及混合液经0.45 μm醋酸纤维膜过滤液的氮磷指标从反应器启动到稳定运行进行连续46 d的检测。在MB R稳定运行期间，进水含氨氮量能稳定保持在39.34 m g/L-48.7 m g/L之间。

2.1.1 对氨氮的去除特性

如图2可以看出在反应器运行的初期，混合液氨氮的去除率平均45.72%，出水氨氮的去除率46.08%，去除率较低不能满足生活污水排放标准（GB18918-2002）一级B排放的8mg/L标准，这是由于混合液中亚硝化菌落还不够成熟。在经过污泥淘洗后，混合液氨氮去除率为66.33%，出水氨氮去除率为66.85%，由此可知对污泥的淘洗过程能促进氨氮的去除。在MBR反应器的运行初期对氨氮去除能力较强，这是因为反应器内取自市政污水处理厂的活性污泥中含有亚硝化菌，且本试验所用的是与市政污水成分相差不大的人工模拟生活污水，这样亚硝化菌就能很好的在反应器内生长。

图3 MBR对总氮的去除特性

图4 MBR对总磷的去除特性

在反应器运行的中期，MBR反应器对混合液氨氮去除率为91.83%，出水去除率为93.65%，出水氨氮含量比生活污水排放标准（GB18918-2002）一级B排放的8mg/L标准低，这表示MBR反应器能够很好的处理船舶生活污水中的氨氮。并且可知反应器内混合液的亚硝化菌落生长状况良好且能对高效稳定的去除氨氮。

由于船舶生活污水具有污染负荷不均的特点，因此在测试阶段的中后期对MBR反应器内混合液对氨氮的抗冲击负荷能力进行了测试。将进水氨氮剧提高到76mg/L，通过对出水中氨氮的测定，其含量增加到14.23mg/L，但是仍然能够保持81.28%的去除率，这充分说明了MBR抗氨氮冲击负荷能力较强。通过其后几天对氨氮去除率的测定可知短期的氨氮冲击负荷不会对活性污泥的氨氮去除效果产生很大影响。

在测试阶段的后期氨氮的去除率明显降低，通过对反应器内混合液内活性污泥进行沉降实验可知SV30=83%且在对混合液取样时有拉丝现象出现，这说明污泥膨胀现象出现。经过分析可知其产生的可能原因为硝化菌与丝状菌对争夺电子受体能力较弱，其具体体现在较低的氨氮去除率。在此阶段反应器内污泥浓度增加，但是溶解氧（DO）由初期的3.3mg/L降为2.45mg/L，这就减少了反应器内含氧量，这对硝化作用的进行有一定的限制作用。为了消除这一现象的影响，在其后将曝气强度加大，维持DO在3.5mg/L左右，并排除部分污泥，维持反应器中MLSS5000mg/L的含量。在改措施采取5d后，基本解决了污泥膨胀问题，这时出水中氨氮含量基本维持在2.88±2.35mg/L的范围内，氨氮平均去除率基本维持在93.33±5.41%的范围内。阮芳[6]在研究MBR处理船舶生活污水试验结果表明出水氨氮在0.48mg/L-3.88mg/L之间，去除率基本在93%以上，两者去除效果相差不多。

在测试阶段内反应器内混合液氨氮的去除率能够维持在80%以上，而膜在此工程中起到了至关重要的作用。膜能够对固液分离有良好的作用，这就能够使硝化菌只能存在反应池内，这有利于长时间硝化菌的生存，从而能够高效地去除混合液中的氨氮。在反应器启动初期，微滤膜对氨氮的去除率基本能维持在0.36%左右，而到稳定期其对氨氮的去除率基本能维持在3.15%。这说明在膜表面能够形成污泥层且其中的硝化菌生长状况良好，对氨氮的去除有了较好的效果。

2.1.2 对总氮的去除特性

由图3可知，在测试阶段内的中后期反应器内混合液和出水总氮平均浓度分别能保持在42.52mg/L和29.55mg/L左右，平均总去除率为31%。分析器原因可能是进水中氮含量比污泥中微生物所能降解的有机物的量大，微生物在满足自身生长所需而消耗有机物的过程中消耗不了的过多的氨氮则只能通过硝化菌将其转化为了硝态氮和亚硝态氮，而作为好氧系统的膜生物反应器，无法促进反硝化作用，这致使硝态氮和亚硝态氮不能及时被转化为氮气及其氮氧化物，这就导致了MBR虽然能够较好的对氨氮去除而不能去除总氮。

2.2 MBR对磷去除特性

船舶生活污水中所含的磷主要来自船员日常生活含磷除污剂和洗涤剂的使用。通过对磷的存在形态（固态与溶解态）的循环转化的从而达到去除的目的。传统的除磷方法为化学除磷法和生物除磷法。化学除磷即为向污水中投加化学药剂（如钙盐），使之与污水中的磷酸根发生反应，从而以难溶性的固体沉淀的形式被去除。生物除磷即为利用微生物（聚磷菌等）在好氧条件下吸收污水中的磷，而在厌氧条件下将磷释放，从而达到磷元素以剩余污泥的形式被排走的目的。

如图4所示，在测试期内，维持反应器进水总磷在4.90mg/L左右。在反应初期，磷的去除效率不理想。而后通过多次淘洗活性污泥，并且排放少量额污泥，从而提高了对磷的去出效果。在反应的中后期，整个系统达到稳定，但是总磷的去除效果依然不够理想，只能达到22.18%。由此分析MBR的好氧条件和长泥龄抑制了磷的去除，所以为了进一步提高磷的去除率可采用添加化学药剂或增设厌氧池的方法，肖景霓[7]采用A2OMBR除磷能使磷的去除率达到96.1%。

结语

（1）在系统运行前期阶段，MBR氨氮的去除率仅能达到46.08%，生物反应器部分氨氮的去除率仅能达到45.72%，膜部分的去除率仅能达到0.36%；而后由于硝化细菌的成熟，在反应的中期氨氮总去除率儿可达到93.65%，且污泥能在膜表面形成生物膜。在观测的最后阶段膜部分对氨氮的平均去除率贡献增大到3.15%。同时通过改变进水氨氮的含量可知其对氨氮具有较好的抗冲击负荷能力。

（2）由于MBR只能提供较好的好养环境且试验中排泥量小，所以只能达到较低的总氮和总磷的去除率。

（3）提高曝气强度并增加排泥量能够促进MBR对氨氮的去除率。

[1]荆纬.船舶生活污水处理系统优选方法的研究与应用[D].大连海事大学, 2010:1.

[2]张先超.船舶生活污水处理设备研究[D].安徽工程大学,2011:1-3.

[3]Yang W, Cicek N, Ilg J. State-of-the-art of membrane bioreactors: Worldwide research and commercial applications in North America [J], Journal of Membrane Science, 2006. 270: 201-211.

[4]Stephenson T, Judd S, Jefferson, B.膜生物反应器污水处理技术[M]. 化学工业出版社,2003:4-5.

[5]中国船级社73/78公约[M].北京: 人民交通出版社,2003.

[6]阮芳.膜生物反应器处理生活污水的试验研究[D].天津工业大学,2007:37-38.

[7]肖景霓.膜生物反应器强化除磷脱氮性能研究[D].大连理工大学,2007:76.