AO―MBR处理低CN生活污水的脱氮因素研究

AO―MBR处理低CN生活污水的脱氮因素研究

摘要：采用A/O-MBR工艺处理低C/N（3～5）生活污水，考查溶解氧（DO）、水力停留时间（HRT）及回流比（R）对脱氮效果的影响，并对处理过程进行全氮分析。结果表明，该工艺NH4+-N去除率在95%以上，但TN去除率最高仅为66%，TN去除在DO=2～3 mg/L、HRT=9 h及

R=300%时分别出现峰值，缺氧段处理效果明显优于好氧段。对处理过程的全氮分析表明，28～32 ℃水温条件下，系统亚硝化率（NO2-/TN）保持在3%以下的低比率，说明短程硝化反硝化作用可以忽略，TN去除主要依赖硝化反硝化；控制DO=2～3 mg/L、HRT=9 h，系统好氧池硝化率

（NO3-/TN）维持在61%～90%之间，缺氧池硝化率随R增加逐渐上升，在R=300%时达到高点76%；控制DO=2～3 mg/L、R=300%，缺氧池硝化率也在HRT=9 h时达到高点。结果表明，A/O-MBR工艺维持TN去除效果的先决条件是缺氧池达到足够的硝化率。由于反硝化细菌是典型的异养菌，TN去除不够理想主要源于进水碳源相对缺乏。除了增加碳源的传统措施外，提高TN去除率应更多地关注工艺条件的改进。

关键词：A/O-MBR；低C/N；硝化反硝化；全氮分析

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）10-2354-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2015.10.012

MBR（膜生物反应器）是将活性污泥和膜分离技术相结合的污水处理工艺，和传统的活性污泥法相比，MBR具有以下优点：占地面积小，实现污泥停留时间（SRT）和水力停留时间（HRT）的完全分离，减少污泥产量，提高活性污泥的比表面积及出水质量等[1，2]。目前MBR正在被逐步应用于生活和工业污水的净化与处理，尤其是随着膜及其组件性能的进一步改进，处理成本的降低，作为一种新型高效水处理工艺的MBR显示出了越来越广泛的应用前景。

缺氧/好氧―膜生物反应器（A/O-MBR）因能同时实现有机物和氮素的去除而备受关注，成为MBR工艺的研究热点[3，4]。中国南方生活污水碳氮比（C/N）普遍偏低，采用传统活性污泥法对全氮（TN）的去除效果普遍不理想，碳源缺乏成为TN去除的主要限制性因素[5-7]，但在进水中增加碳源会明显提高运行成本。鉴于A/O-MBR工艺在脱氮方面的优势，研究者考察了该工艺在低碳氮比废水处理中的应用，期望能为此类废水脱氮找到一种低成本的运行工艺。研究结果表明，A/O-MBR工艺在低碳氮比废水处理方面并没有体现出明显的优势，无外加碳源前提下，系统TN去除率最高不超过68%[8，9]。至于具体的原因，目前的相关文献

尚未见进行系统性的分析，而这个问题涉及到A/O-MBR工艺在低碳氮比废水处理中的应用前景，值得深入探究。考虑到TN的去除与处理过程中氮素的迁移转化具有直接关联，开展A/O-MBR工艺在低碳氮比废水处理过程中氮素迁移研究将具有重要的参考价值。

鉴于此，本研究选择低C/N生活污水为处理对象，首先考察溶解氧（DO）、HRT、内循环回流比（R）对A/O-MBR 脱氮效果的影响，探讨系统对氨氮（NH4+-N）、TN的去除规律；然后选择适当的参数，针对处理过程开展全氮分析，探明A/O-MBR系统脱氮的主要限制因素，为A/O-MBR系统在低C/N生活污水处理中的应用指明发展方向。

1 材料与方法

1.1 试验装置

试验装置（图1）采用缺氧/好氧一体式膜生物反应器。反应器总有效容积67.2 L，缺氧区为28.7 L，好氧区为38.5 L，缺氧区设置搅拌装置，好氧区放置膜组件，膜组件底部正下方设曝气管曝气。膜组件选用中空纤维膜，材质为聚丙烯（PP），过滤面积为0.2 m2，膜孔径为0.1 μm。操作压力为10～40 kPa，进水采用“U”形管水位箱，连续进水，间歇出水，抽/停周期为10/3 min。

1.2 试验原水水质

试验原水取自荆州市长江大学东校区北门污水泵站，原

水各项指标见表1。试验过程中水质指标分析采用国家标准方法：氨氮采用纳氏试剂分光光度法，硝态氮采用酚二磺酸分光光度法；亚硝态氮采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法；TN采用紫外分光光度法；pH采用玻璃电极法。溶解氧（DO）和水温的测定采用YSI550A型溶解氧分析仪。

1.3 研究方法

MBR中的接种污泥取自荆州市城南污水处理厂污泥储存池，污泥的培养和驯化过程持续14 d，14 d 时CODcr（以重铬酸钾为氧化剂测定的水的化学需氧量）去除率达到80%，生化池污泥呈褐色，可认为驯化成功。15 d开始依次调节装置的好氧池DO、系统水力停留时间（HRT）、内循环回流比（R），以确定最佳运行条件。每个参数变动，稳定运行3 d后取样测定系统内CODcr、TN、氨氮、硝态氮和亚硝态氮等指标。

2 结果与分析

2.1 DO对系统脱氮效果的影响

控制HRT=9 h、R=300%，考察了好氧池DO对A/O-MBR 系统脱氮效果的影响。从图2可以看出，好氧池DO=1～2 mg/L时，系统NH4+-N去除率即达到97%。随着DO升高，缺氧池NH4+-N去除率从50%增加到约90%，但系统总去除率变化不大，说明主要硝化过程均在好氧池内完成，而且系统硝化效果良好[10，11]。TN去除规律明显不同于NH4+-N，

DO为2～3 mg/L时TN去除出现峰值（图3）。从图3中可以看出，缺氧池TN含量明显低于好氧池，考虑到污水回流的影响，说明TN去除主要在缺氧池内实现。

2.2 HRT、R对系统去除TN效果的影响

保持好氧池DO=2～3 mg/L、R=300%，考察HRT对系统去除TN效果的影响。如图4所示，HRT=9 h时TN去除率出现明显峰值。保持DO=2～3 mg/L、HRT=9 h，考察R 对系统脱除TN的影响。如图5所示，R=300%时TN去除率最高，达到66%。以上研究表明，A/O-MBR工艺脱除TN 的优化参数为DO=2～3 mg/L、HRT=9 h、R=300%。

2.3 污水处理过程氮素迁移分析

上述参数优化的研究结果表明，A/O-MBR工艺处理低C/N（3～5）生活污水时TN去除效果并不理想，未能体现出系统在脱氮方面的优势。相关研究发现了同样的现象，原因均指向固有的进水碳源缺乏问题[8，9]，但A/O-MBR工艺是否有潜力克服这个问题尚未得到深入研究。TN的去除涉及到处理过程中各种氮素的迁移，从氮素迁移方面进行探讨能更深入地了解脱氮过程。考虑到回流比R是A/O-MBR工艺脱氮的重要参数[12]，考察优化条件下（DO=2～3 mg/L，HRT=9 h）R对处理过程中氮素迁移的影响，结果见图6、图7。

由图6可知，系统亚硝化率（NO2-/TN）保持在3%以