張 軍1， 王寶貞2， 張立秋2， 王愛(ài)杰2
（1.南京建筑工程學(xué)院城市建設(shè)系，江蘇 南京 210009；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150008） 摘 要： 介紹了膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)對(duì)氮、磷的去除效能及影響脫氮除磷效果的主要因素。試驗(yàn)結(jié)果表明，控制好膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)的運(yùn)行條件，可以在去除有機(jī)物的同時(shí)脫氮除磷。
關(guān)鍵詞： 膜生物反應(yīng)器； 脫氮； 除磷
中圖分類號(hào)：X505
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：1000-4602(2000)09-0009-03
Tests on Nitrogen and Phosphorus Removal by Hybrid Submerged Membrane Bioreactor System
ZHANG Jun1， WANG Bao?zhen2， ZHANG Li-qiu2， WANG Ai?jie2
(1.Depart.of Urban Construction,Nanjing Institute of Architec.andCivil Eng.Nanjing210009,China; 2.School of Munic.
and Environ.Eng.,HarbinInstitute of Tech.,Harbin150008,China) Abstract：Tests on nitrogen and phosphorus removal by hybrid submerged membrane bioreactor system are described in this paper.The main factors affecting nitrogen and phos phorus removal are also presented.Results showed that the system was efficient for organic matter,nitrogen and phosphorus removal under proper operating conditions.
Keywords:membrane bioreactor; nitrogen removal; phosphorus removal 1 試驗(yàn)裝置及方法 本研究在自行設(shè)計(jì)的膜生物反應(yīng)器(HSMBR)試驗(yàn)裝置中進(jìn)行，試驗(yàn)裝置系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。 
流程Ⅰ為一體化復(fù)合淹沒(méi)式膜生物反應(yīng)器，反應(yīng)器容積為13.9L，下部裝填盾形泡沫填料，裝填密度為1個(gè)/L，用抗微生物分解的繩子將填料串聯(lián)成一串，填料間用陶瓷環(huán)加以分隔。反應(yīng)器上部放置中空纖維膜組件，膜面積為1.0m2，膜材料為聚丙烯，膜孔徑為0.01μm。反應(yīng)器底部設(shè)有砂盤曝氣器，曝氣量為0.2～0.3m3/h。曝氣一方面提供微生物所需的氧氣，另一方面帶動(dòng)水流對(duì)膜面進(jìn)行沖刷，有效地防止了膜孔堵塞。原水經(jīng)穩(wěn)流器直接進(jìn)入反應(yīng)器，停留6h后在出水泵的抽吸作用下得到膜過(guò)濾出水，出水量為2.3 L/h，出水泵的工作壓力為0.05～0.12MPa。
流程Ⅱ?yàn)锳/O復(fù)合淹沒(méi)式膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)。A段反應(yīng)器容積為4.0 L，內(nèi)部裝填陶粒填料，填料孔隙率為46%。O段反應(yīng)器與流程Ⅰ相同，原水經(jīng)前置反硝化A段進(jìn)入好氧反應(yīng)器O段，在出水泵的抽吸作用下得到膜過(guò)濾出水，出水量為3.0 L/h，出水泵的工作壓力為0.08～0.15MPa?？偟乃νＡ魰r(shí)間為6.0 h，其中A段1.4 h，O段4.6h。硝化液回流比為3～4。
試驗(yàn)用水采用直鏈淀粉、牛肉膏、蛋白胨、尿素、復(fù)合肥、NH4Cl、KH2PO4、Na2HPO4配制而成的模擬生活污水。具體水質(zhì)情況及其分析方法如表1所示。各水質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定采用國(guó)家的廢水檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法。 表１ 試驗(yàn)用水水質(zhì)指標(biāo)及其分析方法| 指標(biāo) | 數(shù)值 | 分析方法 | | CODcr（mg/L) | 152.0-432.64 | 回流法 | | BOD5（mg/L) | 58.56-293.33 | 儀器法 | | TN（mg/L) | 15.34-49.27 | 堿性過(guò)硫酸鉀消解光度法 | | NH3-N（mg/L) | 12.58-36.71 | 納氏試劑光度法 | | NO2--N（mg/L) | ＜0.2 | 對(duì)氨基苯磺-α-萘胺光度法 | | NO3--N（mg/L) | ＜0.3 | 酚二磺酸光度法 | | TP（mg/L) | 2.21-10.24 | 過(guò)硫酸鉀消解-氯化亞錫還原光度法 | | PO34--P（mg/L) | 1.72-7.67 | 氯化亞錫還原光度法 | | SS（mg/L) | 33.0-149.0 | 重量法 | | 濁度（NTU） | 18.0-160.0 | 儀器法 | | pH | 6.43-73.61 | 儀器法 | 2 試驗(yàn)結(jié)果與討論 2.1 對(duì)污染物的去除效果
反應(yīng)器自生物接種后開(kāi)始進(jìn)水，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行140d，出水CODCr＜30mg/L、BOD5＜10mg/L、濁度＜1 NTU、未檢出SS，說(shuō)明復(fù)合系統(tǒng)能有效去除有機(jī)物、懸浮固體和濁度。
2.2 對(duì)氮、磷的去除
系統(tǒng)對(duì)氮、磷的去除效果如表2所示。 表２ HSMBR對(duì)氮、磷的去除效果系
統(tǒng) | 水樣 | TN
（mg/L) | NH3
（mg/L) | NO3--N
（mg/L) | NO2--N
（mg/L) | TP
（mg/L) | PO43--P
（mg/L) | 流
程
Ⅰ | 進(jìn)水 | 30.29
15.34-47.53 | 21.14
12.58-36.71 | ＜0.3 | ＜0.2 | 7.16
2.21-9.20 | 4.50
1.72-7.56 | | 上清液 | 8.34
4.50-16.11 | 1.56
0.87-2.64 | 1.47
1.21-5.80 | 0.13
0.06-0.37 | 6.13
2.45-8.79 | 3.41
2.05-5.91 | | 膜出水 | 3.17
2.24-5.08 | 0.41
0.19- 1.23 | 1.81
1.53-6.29 | 0.10
0.03-0.28 | 5.84
1.98-7.16 | 3.06
1.83-4.89 | | 總?cè)コ?BR>（%） | 89.5 | 98.1 | | | 18.4 | 32.0 | 流
程
Ⅱ | 進(jìn)水 | 34.77
21.56-49.27 | 22.16
17.42-36.58 | ＜0.3 | ＜0.2 | 8.22
4.12-10.24 | 5.57
1.78-7.67 | | A段出水 | 31.12
18.59-35.12 | 19.05
16.13-26.96 | 0.47
0.25-1.08 | 0.28
0.10-0.53 | 6.96
2.57-9.01 | 5.87
3.14-7.79 | | O段上清液 | 4.15
3.10-5.89 | 1.72
1.25-3.47 | 0.95
0.25-2.17 | 0.15
0.08-0.31 | 2.82
1.15-5.45 | 1.18
0.98-3.86 | | 膜出水 | 2.98
1.78-4.54 | 0.66
0.23-1.18 | 1.02
0.56-2.93 | 0.12
0.06-0.34 | 2.39
1.17-4.93 | 1.41
0.99-2.96 | | 總?cè)コ?BR>（%） | 91.4 | 97.0 | | | 70.9 | 74.7 | 由表2可見(jiàn)，流程Ⅰ和流程Ⅱ?qū)H3-N均有極好的去除效果，出水平均NH3-N＜10mg/L，由于生活污水中的氮大多數(shù)為氨氮，因此對(duì)TN的去除效果也就非常理想。流程Ⅰ對(duì)TP和PO43--P的去除率分別為18.4%和32.0%，超出合成細(xì)胞的需磷量，說(shuō)明存在過(guò)量除磷現(xiàn)象。這主要是由于在填料內(nèi)部存在厭氧環(huán)境，聚磷菌的放磷和吸磷過(guò)程同時(shí)存在，控制好反應(yīng)器內(nèi)的條件就能同時(shí)進(jìn)行脫氮除磷，同時(shí)由于填料內(nèi)部厭氧環(huán)境的存在，反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)存在著硝化和反硝化兩種反應(yīng)，有利于脫氮。由表2還可見(jiàn)，流程Ⅰ的出水中硝態(tài)氮含量稍高，磷的含量也不理想。為了克服流程Ⅰ的不足，在流程Ⅰ中加入前置反硝化A段，組成流程Ⅱ。流程Ⅱ出水中硝態(tài)氮和磷的含量較流程Ⅰ有所降低，對(duì)TP和PO43--P的去除率分別為70.9%和74.7%，出水平均PO43--P為1.41mg/L。
由表2還可以看出，膜對(duì)氮、磷的去除作用較小，主要是通過(guò)生物作用脫氮除磷。但膜是保證出水水質(zhì)的關(guān)鍵，它將懸浮固體全部截留在反應(yīng)器內(nèi)，使世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化菌能夠在HRT較小的條件下生存。 3 影響脫氮除磷效果的因素 3.1 溫度的影響
溫度對(duì)生物除磷影響較小，而對(duì)硝化和反硝化均有較大影響。硝化菌適宜的生長(zhǎng)溫度在25～30℃之間，反硝化最適宜的運(yùn)行溫度為15～35℃。本研究將溫度控制在25～30℃，因此可以不考慮溫度的影響。
3.2 DO的影響
反應(yīng)器內(nèi)DO濃度對(duì)硝化反應(yīng)速度及硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)速率均有極大的影響，但普遍認(rèn)為DO＞2.0mg/L時(shí)，DO濃度對(duì)硝化作用的影響可不予考慮。本研究為了保證膜表面不會(huì)產(chǎn)生濃差極化，將DO控制在4～6mg/L，因此，DO不會(huì)成為限制硝化的因素。本研究的流程Ⅰ工藝中，由于填料的介入，在填料內(nèi)部存在厭氧微環(huán)境，提供了反硝化和聚磷菌厭氧放磷的條件，但由于厭氧環(huán)境有限，除磷效果不理想，且出水中硝態(tài)氮含量稍高。流程Ⅱ中，由于添加了前置反硝化A段，出水中硝態(tài)氮和磷的含量均有所降低，但硝化液回流使部分DO及硝態(tài)氮進(jìn)入A段，使反硝化和磷的去除受到影響，本研究通過(guò)控制適宜的營(yíng)養(yǎng)比來(lái)削弱回流的影響。
3.3 pH值的影響
pH是影響硝化和反硝化作用的重要環(huán)境因素之一。生物除磷合適的pH范圍為中性或微堿性，在此條件下，硝化和反硝化過(guò)程迅速。硝化反應(yīng)每氧化1g氨氮要消耗堿度7.14g(以CaCO3計(jì))，每還原1gNO-3-N產(chǎn)生3.5g堿度(以CaCO3計(jì))，對(duì)于一般污水的硝化反應(yīng)來(lái)說(shuō)，堿度往往是不充足的1］。本研究符合麥卡蒂方程的條件，在污泥停留時(shí)間長(zhǎng)的情況下，每去除1gBOD5可產(chǎn)生0.3 g堿度，從而對(duì)硝化引起的pH值的降低具有緩沖作用。另外，復(fù)合系統(tǒng)較大的曝氣量可以吹脫微生物氧化有機(jī)物產(chǎn)生的CO2，使CO2+H2O→HCO3+H+的電離平衡向左進(jìn)行，也能削弱pH值的降低。在本研究中，出水pH值略高于進(jìn)水。
3.4 碳源的影響
一般認(rèn)為，當(dāng)廢水中所含碳(BOD5)、氮比值大于3∶1時(shí)，無(wú)須外加碳源即可達(dá)到脫氮的目的。研究表明，進(jìn)水CODCr濃度會(huì)影響厭氧放磷，當(dāng)進(jìn)水TKN/CODCr＜0.1時(shí)，反硝化完全，除磷效果好。有機(jī)物濃度越高，放磷越早也越快。本研究控制營(yíng)養(yǎng)比為BOD5∶TN∶TP為100∶5∶1。 4 結(jié)論 膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)能夠在去除有機(jī)污染物的同時(shí)去除氮、磷，但必須控制好反應(yīng)器內(nèi)的運(yùn)行條件，本研究得出的結(jié)論是：溫度控制在25～30℃，DO為4～6mg/L，營(yíng)養(yǎng)比為BOD5∶TN∶TP＝100∶5∶1，進(jìn)水pH為中性或堿性。出水效果為：CODCr＜30 mg/L，BOD5＜10mg/L，SS為0，濁度＜1NTU，系統(tǒng)對(duì)NH3-N去除率為97%以上，對(duì)磷的去除率可達(dá)70%以上。 參考文獻(xiàn)：
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?。?］ Xiao-Jun Fan，?et al.?Nitrification and mass balance with a membr ane with a membrane bioreactor for municipal wastewater treatment［J］.Wat Sci T ech,1996，34(1-2):129-136.
作者簡(jiǎn)介：張軍(1967- )， 女， 南京建筑工程學(xué)院講師， 哈爾濱建筑大學(xué)在讀博士生。
電話：(025)8828879
收稿日期：2000-05-04 | 
