A/O—MBR處理低C/N生活污水的脫氮因素研究

馮志江+戴捷+劉文+張利+王吉松+張業中+龔銀香

摘要：采用A/O-MBR工藝處理低C/N（3～5）生活污水，考查溶解氧（DO）、水力停留時間（HRT）及回流比（R）對脫氮效果的影響，并對處理過程進行全氮分析。結果表明，該工藝NH4+-N去除率在95%以上，但TN去除率最高僅為66%，TN去除在DO=2～3 mg/L、HRT=9 h及R=300%時分別出現峰值，缺氧段處理效果明顯優于好氧段。對處理過程的全氮分析表明，28～32 ℃水溫條件下，系統亞硝化率（NO2-/TN）保持在3%以下的低比率，說明短程硝化反硝化作用可以忽略，TN去除主要依賴硝化反硝化；控制DO=2～3 mg/L、HRT=9 h，系統好氧池硝化率（NO3-/TN）維持在61%～90%之間，缺氧池硝化率隨R增加逐漸上升，在R=300%時達到高點76%；控制DO=2～3 mg/L、R=300%，缺氧池硝化率也在HRT=9 h時達到高點。結果表明，A/O-MBR工藝維持TN去除效果的先決條件是缺氧池達到足夠的硝化率。由于反硝化細菌是典型的異養菌，TN去除不夠理想主要源于進水碳源相對缺乏。除了增加碳源的傳統措施外，提高TN去除率應更多地關注工藝條件的改進。

關鍵詞：A/O-MBR；低C/N；硝化反硝化；全氮分析

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）10-2354-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.012

MBR（膜生物反應器）是將活性污泥和膜分離技術相結合的污水處理工藝，和傳統的活性污泥法相比，MBR具有以下優點：占地面積小，實現污泥停留時間（SRT）和水力停留時間（HRT）的完全分離，減少污泥產量，提高活性污泥的比表面積及出水質量等[1，2]。目前MBR正在被逐步應用于生活和工業污水的凈化與處理，尤其是隨著膜及其組件性能的進一步改進，處理成本的降低，作為一種新型高效水處理工藝的MBR顯示出了越來越廣泛的應用前景。

缺氧/好氧—膜生物反應器（A/O-MBR）因能同時實現有機物和氮素的去除而備受關注，成為MBR工藝的研究熱點[3，4]。中國南方生活污水碳氮比（C/N）普遍偏低，采用傳統活性污泥法對全氮（TN）的去除效果普遍不理想，碳源缺乏成為TN去除的主要限制性因素[5-7]，但在進水中增加碳源會明顯提高運行成本。鑒于A/O-MBR工藝在脫氮方面的優勢，研究者考察了該工藝在低碳氮比廢水處理中的應用，期望能為此類廢水脫氮找到一種低成本的運行工藝。研究結果表明，A/O-MBR工藝在低碳氮比廢水處理方面并沒有體現出明顯的優勢，無外加碳源前提下，系統TN去除率最高不超過68%[8，9]。至于具體的原因，目前的相關文獻尚未見進行系統性的分析，而這個問題涉及到A/O-MBR工藝在低碳氮比廢水處理中的應用前景，值得深入探究。考慮到TN的去除與處理過程中氮素的遷移轉化具有直接關聯，開展A/O-MBR工藝在低碳氮比廢水處理過程中氮素遷移研究將具有重要的參考價值。

鑒于此，本研究選擇低C/N生活污水為處理對象，首先考察溶解氧（DO）、HRT、內循環回流比（R）對A/O-MBR脫氮效果的影響，探討系統對氨氮（NH4+-N）、TN的去除規律；然后選擇適當的參數，針對處理過程開展全氮分析，探明A/O-MBR系統脫氮的主要限制因素，為A/O-MBR系統在低C/N生活污水處理中的應用指明發展方向。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

試驗裝置（圖1）采用缺氧/好氧一體式膜生物反應器。反應器總有效容積67.2 L，缺氧區為28.7 L，好氧區為38.5 L，缺氧區設置攪拌裝置，好氧區放置膜組件，膜組件底部正下方設曝氣管曝氣。膜組件選用中空纖維膜，材質為聚丙烯（PP），過濾面積為0.2 m2，膜孔徑為0.1 μm。操作壓力為10～40 kPa，進水采用“U”形管水位箱，連續進水，間歇出水，抽/停周期為10/3 min。

1.2 試驗原水水質

試驗原水取自荊州市長江大學東校區北門污水泵站，原水各項指標見表1。試驗過程中水質指標分析采用國家標準方法：氨氮采用納氏試劑分光光度法，硝態氮采用酚二磺酸分光光度法；亞硝態氮采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法；TN采用紫外分光光度法；pH采用玻璃電極法。溶解氧（DO）和水溫的測定采用YSI550A型溶解氧分析儀。

1.3 研究方法

MBR中的接種污泥取自荊州市城南污水處理廠污泥儲存池，污泥的培養和馴化過程持續14 d， 14 d 時CODcr（以重鉻酸鉀為氧化劑測定的水的化學需氧量）去除率達到80%，生化池污泥呈褐色，可認為馴化成功。15 d開始依次調節裝置的好氧池DO、系統水力停留時間（HRT）、內循環回流比（R），以確定最佳運行條件。每個參數變動，穩定運行3 d后取樣測定系統內CODcr、TN、氨氮、硝態氮和亞硝態氮等指標。

2 結果與分析

2.1 DO對系統脫氮效果的影響

控制HRT=9 h、R=300%，考察了好氧池DO對A/O-MBR系統脫氮效果的影響。從圖2可以看出，好氧池DO=1～2 mg/L時，系統NH4+-N去除率即達到97%。隨著DO升高，缺氧池NH4+-N去除率從50%增加到約90%，但系統總去除率變化不大，說明主要硝化過程均在好氧池內完成，而且系統硝化效果良好[10，11]。TN去除規律明顯不同于NH4+-N，DO為2～3 mg/L時TN去除出現峰值（圖3）。從圖3中可以看出，缺氧池TN含量明顯低于好氧池，考慮到污水回流的影響，說明TN去除主要在缺氧池內實現。

2.2 HRT、R對系統去除TN效果的影響

保持好氧池DO=2～3 mg/L、R=300%，考察HRT對系統去除TN效果的影響。如圖4所示，HRT=9 h時TN去除率出現明顯峰值。保持DO=2～3 mg/L、HRT=9 h，考察R對系統脫除TN的影響。如圖5所示，R=300%時TN去除率最高，達到66%。以上研究表明，A/O-MBR工藝脫除TN的優化參數為DO=2～3 mg/L、HRT=9 h、R=300%。endprint