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1、纯氧曝气MBR 与普通活性污泥法的比较蒋家骅蒋家骅1 叶军波叶军波2（1 浙江省浙江省.临海市环境保护监测站临海市环境保护监测站,浙江浙江 临海临海 317000;2.华东理工大学华东理工大学,上海上海 200237） 摘要 纯氧曝气 MBR 和普通活性污泥法在运行参数的控制方面存在着很大区别，主要表现 在反应器内的 MLSS 浓度、去除负荷、剩余污泥处置等方面。同时纯氧曝气 MBR 在对 VOC 的去除、减少泡沫等多方面具有优势。本文就纯氧曝气和空气曝气在运行控制的差异 进行分析并就二者在应用中的经济效益进行了比较，得出纯氧曝气 MBR 不仅能节省基建 投资和运行费用，而且抗冲击能力强、处理
2、效果好。 关键词 纯氧 曝气 活性污泥 纯氧曝气和普通空气曝气在动力学上存在着巨大差别1，笔者结合多年从事纯氧曝气 在膜生物反应器（纯氧曝气 MBR）中的工程应用，对纯氧曝气 MBR 和普通活性污泥法两 种工艺进行了运行控制、基建投资、运行费用以及处理效果等方面的对比，为纯氧曝气在 废水处理中的工程应用提供参考。1 纯氧曝气和空气曝气运行控制参数的差异1.1 溶解氧浓度溶解氧浓度 在好氧活性污泥法的运行中，溶解氧（Dissolved Oxygen，简称 DO）浓度是一个重 要的控制参数。曝气池中 DO 浓度的高低直接影响着有机物的去除效率和活性污泥的生长， 曝气过程有效的运行控制是一个非常重要
3、的方面。系统的溶解氧供应不充分，微生物的代 谢将受到影响，污染物的去除效率下降；系统溶解氧过高，微生物进行消耗性内源呼吸， 活性污泥的量将减少，活性污泥的絮状结构也将受到破坏，同时也是对能源的一种浪费。 所以一般控制曝气池出水端 DO 浓度在 2mg/l。对于难生物降解有机污染物的去除，控制较 高的 DO 浓度，可以提高微生物活性，提高污染物去除效果，如石化废水处理一般控制曝 气池内溶解氧浓度在 6mg/L2。如此高的 DO 浓度，采用普通的空气曝气方式很难达到， 同时在经济上也是不合适的，此时采用纯氧曝气可以解决此问题。对于膜生物反应器 （Membrane Bioreactor，简称 MBR
4、）处理抗生素废水，当进水负荷达到 6.0 kgCOD/m3.d- 1，空气曝气很难满足 DO 需求，而采用纯氧曝气可以使进水负荷达到 10.0kg COD/m3.d- 1。【此数据是出自文献还是作者的实际工程数据？建议注明。】 同时低 DO 浓度一直被认为是引起丝状菌污泥膨胀的主要因素之一。丝状菌由于具有 较大的比表面积和较低的氧饱和常数，在低 DO 浓度下比絮状菌增殖得快，从而导致丝状 菌污泥膨胀。纯氧曝气可维持生化池内较高的 DO，可有效避免丝状菌污泥膨胀。 1.2 污泥浓污泥浓度度 废水好氧生物处理的主要原理是利用微生物的代谢活动将废水中的有机物转变为二 氧化碳、水和能量，同时微生物得到
5、增殖。所以反应器内的微生物数量决定了反应器的处 理能力。一定条件下，反应器内污泥浓度越高，污染物降解量越大，即反应器可承受的进 料负荷越高。污泥浓度的高低和处理工艺、进水特征、操作方式有很大关系。污泥浓度还 和氧的传递、有机物的传递、膜污染等有关。MBR 的优势就在于可以避免微生物流失，尤 其是可以在反应器内保持难生物降解微生物的数量，由于曝气的限制，在一定的负荷下， 空气曝气 MBR 污泥浓度一般在 10g/l 以下，而纯氧曝气 MBR 可在反应器内保证 1220g/l 的污泥浓度。高的污泥浓度使高负荷进料成为可能，高负荷带来了占地面积减少等效益。同时在一定 MLSS 范围内，反应器内混合液
6、污泥浓度越高，出水总氮越低，同步硝 化-反硝化更为明显。 1.3 去除负荷去除负荷 由于纯氧曝气可保持较高的污泥浓度，且较高的 DO 浓度使微生物的活性增强，即反 应器内微生物的数量增多、活性增强，这就意味着同样的反应器可以处理更多的废水，反 应器有着更高的进料负荷和去除负荷。如 MBR 试验，空气曝气 MBR 进料负荷为 6.0 kgCOD/m3.d-1，而采用纯氧曝气可以使进水负荷达到 10.0kg COD/m3.d-1，负荷增大了 66%。同时，纯氧曝气和空气曝气相比更耐负荷冲击。 1.4 剩余污泥剩余污泥 在相同污泥负荷条件下，随着反应器中 DO 的升高，污泥产率呈现降低的趋势，控制
7、较高的 DO 值可以减少剩余污泥量，节省污泥处理费用。 在同一个 DO 水平下，系统的污泥产率随着污泥负荷的升高而升高。曝气反应器内微 生物数量相对较多，可利用的底物较少，即初始的能量水平较低，微生物的生长主要反映 在细胞体内分子聚合物质的积聚和个体变大上，没有或只有很少的细胞会产生增殖，当污 泥浓度较低而进料负荷较高时，有相对较多的底物提供给较少数量的微生物，初始的能量 水平就较高，这样就可能提供足够的能量去完成细胞分裂增殖过程中的各种不同的反应： 如合成酵素、蛋白质和核酸的反应等，使细胞的数量增加。也就是说在较高污泥负荷下产 生单位质量生物质需要消耗的底物质量相对较多，剩余污泥量较多，所以
8、在 MBR 内控制 较高的污泥浓度和较低的污泥负荷可以减少剩余污泥的排出，一般剩余污泥量可减少 30%，节省了污泥处置费用。2 纯氧曝气的独特优势2.1 对对 VOC 的去除的去除 挥发性的有机化合物（Volatile Organic Compand，简称 VOC）的种类很多，如芳香 烃（苯、甲苯、二甲苯等） 、脂肪烃（丁烷、汽油等） 、卤代烃（四氯化碳、氯仿、氯乙烯、 氟里昂等） 、醇（甲醇、丁醇等） 、醛（甲醛、乙醛等） 、酮（丙酮等） 、醚（乙醚等） 、酯 （乙酸乙酯、乙酸丁酯等）等都属于 VOC 的范畴。 在处理含有 VOC 物质的废水时，空气曝气使废水中的 VOC 大量挥发到空气中，
9、对 周围环境造成很大的影响，而采用纯氧曝气处理废水，过程中产生的废气量很小，仅为传 统空气法的 1%2%，大多数挥发性物质被污泥所吸附并最终降解为无害的物质，避免了 VOC 对环境的影响。 2.2 泡沫问题泡沫问题 几乎所有的污水处理厂都存在着泡沫问题，产生泡沫除和进水水质有关外，生物性 泡沫也占很大比重。泡沫严重时会将污泥大量带出，使好氧生物处理系统瘫痪。另外，泡 沫带来的环境问题也很重要，会给运行操作带来很大不便。有证据表明，提高反应器内污 泥浓度可在一定程度上缓解泡沫问题。同时曝气量的大小也对泡沫的产生有重要影响。纯 氧曝气由于其很小的曝气量，一般不存在泡沫问题，另外如采用纯氧 MIXF
10、LOW 等工艺， 使纯氧和污水相接触、溶解，反应池内几乎不存在泡沫。3 纯氧曝气 MBR 与普通活性污泥法经济性比较文献34的一个污水处理厂的运行结果表明，与普通活性污泥法相比，纯氧曝气活性 污泥法在曝气时间、曝气池容积、占地面积、能源消耗和基建费用方面具有明显优势。 以日处理量 3000m3，进水 COD 浓度 2000mg/l 为例，采用纯氧曝气 MBR 和普通曝 气活性污泥法工艺进行对比分析，分析结果见表 1。表 1 纯氧曝气 MBR 和空气曝气活性污泥法经济性比较 单位：万元工艺 项目纯氧MBR（一体式）普通活性污泥法一、基建投资313.0570.01.1土建33.0346.01.1.
11、1主反应池25.0（1500m3）300.0（12000m3）1.1.2沉淀池030.0（1000m3辐流式）1.1.3风机房、泵房6.012.01.1.4基础、地面硬化2.04.01.2设备280.0224.01.2.1膜组件225.001.2.2风机10.0（2台37KW离心风机）36.0（3台110KW离心风机）1.2.3曝气头3.0（旋混曝气头）24.0（旋混曝气头）1.2.4提升泵4.020.01.2.5沉淀池配套040.01.2.6污泥脱水设备18.034.01.2.7管道10.030.01.2.8配电10.040.01.3装机容量90KW350KW二、运行费用213.5/年261
12、.3/年2.1电费20.0/年（0.5元/KW.H）90.0/年（0.5元/KW.H）2.2氧气费用72.0/年（800元/吨氧，不含 租赁费）02.3水费6.012.02.4污泥处置费20.090.02.5人工费12.0（4人）24.0（8人）2.6折旧83.545.32.6.1膜折旧（按3年）75.0/年02.6.2土建折旧（按20 年）1.617.32.6.3设备折旧（8年）6.928.0三、吨水运行费2.37元/吨水2.90元/吨水四、出水 COD（mg/l）100300注：按每年运行300天计算，不含地价。从表 1 可以看出，采用纯氧曝气 MBR 工艺基建投资比空气曝气工艺投资节约
13、45.09%， 运行费用节省 18.29%，且出水指标要大大好于空气曝气工艺。4 结论纯氧曝气和空气曝气的对比表明，纯氧曝气可减少废水中 VOC 对环境的影响，可避免 泡沫对操作造成的不利影响，可使反应池内 DO 达到 6mg/l，具有更高的进料负荷、抗冲击能力强，并可减少剩余污泥产量。将纯氧曝气与 MBR 结合，可使反应池内 MLSS 达到 12g/l，使高负荷进料成为可能，可大幅减少反应池的占地面积。工程实例表明，纯氧曝气 MBR 工艺的基建投资比普通活性污泥法投资节约 45.09%，运行费用节省 18.29%，且前者 的出水指标大大好于后者。参考文献参考文献 1 顾夏声.废水生物处理数学模式M.北京：清华大学出版社，1982 2 陈应新.纯氧曝气系统在高浓度有机石化污水处理中的应用.化工设计,2003（1）： 4143 3 胡侃.水污染控制工程M.武汉：武汉工业大学出版社，1998 4 李志娟.纯氧曝气在城市污水处理中的经济性比较.城市环境与城市生态 2005，18（1）： 2224
