兼氧H3MBR一体化污水处理设备工艺应用

一、兼氧一体化污水处理工艺原理介绍

兼氧一体化污水处理工艺是一种将膜分离技术与生物处理单元相结合的污水处理工艺，近年来倍受关注。兼氧一体化工艺对生活污水、高浓度有机污水、难降解有机污水具有非常高的处理效率，兼氧一体化设备系统示意见下图：

二、兼氧一体化污水处理设备污水中污染物去除的原理

1) 兼氧一体化设备工艺对BOD5的去除

污水中BOD5的去除主要是靠微生物的吸附与代谢作用，然后对吸附代谢物进行泥水分离来完成。在活性污泥与污水接触初期，会出现很高的BOD5去除率，这是由于污水中有机颗粒和胶体被吸附在微生物表面，从而被去除所致，但是这种吸附作用仅对污水中悬浮物和胶体起作用，对溶解性有机物不起作用。溶解性有机物需靠微生物的代谢来完成，生物膜中的微生物在有氧的条件下将污水中一部分有机物合成新的细胞，将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质，这也是污水中BOD5的降解过程。微生物的好氧代谢作用对污水中溶解性有机物和非溶解性有机物都起作用，并且代谢产物是无害的稳定物质，因此，可以使处理后污水中的残余BOD5浓度降低。

2) 兼氧一体化设备工艺对CODcr的去除 

兼性厌氧微生物在有氧的条件下，将污水中一部分有机物用于合成新细胞，将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质。在合成代谢与分解代谢过程中，溶解性有机物（如低分子有机酸等）直接进入细胞内部被利用，而非溶解有机物则首先被吸附在微生物表面，然后被胞外酶水解后进入细胞内部被利用。  

3) 兼氧一体化设备工艺对氮的去除 

在兼氧一体化设备处理工艺系统中，兼有通过以下三种途径完成对氮的去除： 

a硝化-反硝化 

膜区曝气气提作用，反应器内形成循环流动，使水在好氧区和缺氧区循环交替流动，形成好氧、缺氧连续交替不断的生物降解作用，在好氧条件下利用污水中硝化细菌将氮化物转化为硝酸盐，然后在缺氧条件下利用污水中反硝化细菌将硝酸盐还原成气态氮。在同一个反应器内实现了硝化反硝化。同时在兼氧H3MBR池内污泥浓度较高，活性污泥粒径较大，在活性污泥粒内部形成厌氧区，在活性污泥粒外表面形成好氧区，从而使硝化菌和反硝化菌同时工作，形成同步硝化反硝化。 

b短程硝化-反硝化 

兼氧一体化设备工艺污泥泥龄接近无限长的条件下，硝化过程出现明显的短程硝化反硝化现象，氨氮向硝酸盐转化受抑制，亚硝酸盐大量积累，实现短程硝化反硝化效果。短程硝化反硝化就是将硝化过程控制在N02-阶段，组织NO2-进一步氧化为NO3-，直接以NO2-作为电子最终受氢体进行反硝化，这一过程相当于将传统的硝化过程中从NO2-转化为NO3-与反硝化过程中再将NO3-转化为NO2-这两个过程省去，反硝化菌直接将亚硝氮还原为氮气。工艺利用硝酸菌和亚硝酸菌的不同生长速率，即在操作温度30~35℃下，亚硝化细菌的生长速率明显高于硝化细菌的生长速率，亚硝化细菌的最小停留时间小于硝化细菌，从而使氨氧化控制在亚硝酸盐阶段，同时通过缺氧环境达到反硝化的目的。

c厌氧氨氧化 

在兼氧一体化系统在一定条件下，硝化作用产生大量的NO2-累积，厌氧氨氧化菌首先将NO2-转化成NH2OH，再以NH2OH为电子受体将NH4+氧化生成N2H4；N2H4转化成N2，并为NO2-还原成NH2OH提供电子，实验中有少量NO2-被氧化成NO3-。由于实现了短程硝化、厌氧氨氧化作用，减少了供氧，大幅降低曝气能耗和反硝化所需碳源，从而实现了高效脱氮目的。在实施上，不仅要优化营养条件和环境条件，促进厌氧氨氧化菌的生长，同时要设法改善菌体的沉降性能并改进反应器的结构，促使功能菌有效持留。 

厌氧氨氧化涉及的化学反应为： NH2OH + NH3 → N2H4 + H2O N2H4 → N2 + 4[H] 

HNO2 + 4[H] → NH2OH + H2O c） 

4) 兼氧一体化设备工艺对磷的去除 

污水除磷技术主要有化学除磷和生物除磷，化学除磷药剂用量大，产生的化学污泥多，运行成本高；生物除磷需通过排泥实现，存在剩余污泥处理难题，近年来，利用膜生物反应器强化生物脱氮除磷越来越受重视。污水处理系统中的磷，除了传统理论中磷只能在固体形态和溶解形态之间转化以外，还存在一种新的转化形式，即磷的化合物向气态磷化氢的转化。生物学上认为在有机物(碳源)、无机磷酸盐等共同作用下，在兼性厌氧菌作用下合成了微生物细胞物质，形成有机磷化合物，由于氨基酸在生物体内分解产生含C—P键的磷脂，兼性厌氧菌在利用磷脂化合物时，使C—P键断裂，从而生成磷化氢气体；动力学上认为磷的化合物还原成磷化氢的过程是需要能量的，这部分能量可以由生物体内储存的ATP水解获得。

5）兼氧一体化设备工艺对SS的去除 

污水厂出水中悬浮物浓度不仅涉及到出水SS指标，出水中的CODcr、BOD5、PO4-P等指标也与之相关。因为采用MBBR工艺处理生活污水组成出水悬浮物的主要成分是活性污泥絮体，其本身的有机成分就高，而有机物本身就含磷，因此较高的出水悬浮物含量会使得出水的CODcr、BOD5、PO4-P增加。 由于膜的高效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池，处理出水极其清澈，悬浮物和浊度接近与零，与此同时细菌和病毒被大幅去除。污水当中的颗粒，如胶体、固体颗粒、病毒、细菌、隐性孢子等被过滤掉，因此保证了过滤后的出水，不含任何悬浮物，长期保持高质量，可以直接使用。因此兼氧一体化设备工艺是具备深度处理功能。

6）污水污泥同步处理（有机污泥零排放）

兼氧一体化设备技术在实现污水处理回用的同时，实现了有机污泥的大幅度减量，实现有机剩余污泥零排放，成功解决了剩余污泥处置难题。 F/M比是影响污泥增值的重要因素，低F/M将使得生化系统中污泥处于高度内源呼吸相，进入系统有机基质最终被内源呼吸而代谢成为二氧化碳、水及少量无机盐。 新增有机物在兼性厌氧菌的作用下一部分被分解为小分子有机物，继而被氧化分解为CO2、H2O等无机物；另一部分被合成为细胞。在低污泥负荷条件下，该细胞作为营养物在兼性厌氧菌作用下一部分又被分解为小分子有机物，继而又被氧化分解为CO2、H2O等无机物；另一部分又被合成为新细胞。依此类推，在低污泥负荷条件下，该新细胞又作为营养物在兼性厌氧菌的作用下继续作分解与合成的代谢直至细胞最后全部代谢为CO2、H2O等无机物。

兼氧mbr一体化处理设备自应用以来，已城镇污水、工业污水、养殖污水等上千项工程中得到成功应用，并有大量案例在实际运用中证明兼氧MBR一体化处理设备工艺处理生活污水在正常稳定运行的过程中不需排放有机剩余污泥。