MBR脱氮除磷研究进展

MBR工艺脱氮除磷研究进展

摘要常规MBR工艺处理城市生活污水，尽管可以获得较低SS的出水，但对氮、磷的去除很难达到越来越严格的排放标准，因此强化MBR工艺生物段的脱氮除磷功能成为目前研究的热点问题。分析MBR脱氮除磷的潜力，介绍了各种MBR 组合工艺脱氮除磷的原理、特点及处理效果，探讨了MBR组合工艺脱氮除磷的研究方向，认为微生物学机理、强化内源反硝化及膜污染控制等是该方向的研究重点。

关键词膜生物反应器；脱氮除磷；组合工艺

Advances in nitrogen and phosphorus removal of MBR

process

Abstract Conventional MBR process for the treatment of municipal sewage, despite it could get lower SS effluent, the removal of nitrogen and phosphorus is difficult to achieve the increasingly stringent emission standard. So it becomes a hot research topic that strengthen the segment of the MBR process biological nitrogen and phosphorus removal function. The paper analyzes the potential of the MBR nitrogen and phosphorus removal, introduces all kinds of MBR combined process of nitrogen and phosphorus removal of the principle characteristic and the treatment effect, and discusses the study direction of the MBR combined process of nitrogen and phosphorus removal. I think that the mechanism of microbiology, strengthen the endogenous denitrification and membrane fouling control are the research priorities of the direction.

Key words Membrane bioreactor（MBR）；Nitrogen and phosphorus removal；Combined process

随着我国经济的发展，城市化进程的加快，水资源供需矛盾日益突出，水体富营养化日益加剧的现象导致我国的水环境更加严峻。而导致这种现象的因素主要是氮、磷等营养元素，因此脱氮除磷也成为现代城市污水处理厂去除的主要污染指标。

对于传统的污水处理工艺而言，脱氮除磷的效果并不是很理想，因此寻找高效节碳的脱氮除磷技术成为必然的发展趋势。膜生物反应器技术是将膜过滤和生化降解有机结合起来的一种高效污水处理工艺，依靠膜组件的截留作用，出水在感官上远远优于传统的污水处理工艺。因此，对MBR工艺进行改良的脱氮除磷工艺在处理城市污水方面，无论是在脱氮除磷方面还是在污水回用方面都具有极大的潜力。

1 MBR脱氮除磷的潜力

MBR工艺是将现代膜分离技术与生物处理技术有机结合起来的一种新型高效污水处理及回用工艺，因其特有的高污泥浓度和生物种群多样性的特征，在提高生物脱氮除磷效率方面具有较大潜力。在MBR中，污泥停留时间(SRT)可以不依赖于水力停留时间(HRT)而单独加以控制，即可以通过膜的截留作用，在不增加池容的前提下延长SRT，可保证如硝化菌这类生长速度缓慢的微生物在系统中被完全保留，满足硝化菌的生长周期要求。同时，通过DO控制和强化生物段的功能，在MBR中还发现存在反硝化除磷菌(DPB)，在脱氮的同时也能有效除磷。此外，膜过滤取代了传统生物工艺中的二沉池，使反应器结构简单，占地面积小，还可获得高质量的出水并同用。因此将生物脱氮除磷工艺与膜分离技术相结合，形成具有脱氮除磷功能的MBR具有广阔的应用前景。

2 MBR组合工艺的脱氮除磷

MBR脱氮除磷工艺可以分为单一形式的MBR工艺和组合形式的MBR工艺

两大类。单一形式的MBR工艺具有结构简单、占地面积小、活性污泥浓度高等优点，但对氮、磷的去除率并不高，很难达到愈来愈严格的排放要求。所以组合形式的MBR工艺目前应用比较普遍，具有很好的发展前景及拓展空间。

2.1生物膜一膜生物反应器

生物膜一膜生物反应器，即在膜生物反应器中加装填料，利用填料比表面积大的特点，在填料表面形成生物膜来固定生物量。成熟的生物膜会在内部形成缺氧、厌氧层，为反硝化提供条件，有利于脱氮；同时，还降低了反应器中悬浮活性污泥的浓度，以期减轻膜污染。将组合填料生物膜和膜生物反应器这两种工艺相结合，旨在强化膜生物反应器的脱氮除磷及抗污染负荷的冲击能力。

实验中在膜生物反应器中投加聚乙烯悬浮填料，考察生物膜一膜生物反应器对生活污水的除污效果。结果表明，投加悬浮填料强化了膜生物反应器对有机污染物的去除能力，对氨氮的平均去除率由75.85％提高到97.45％，对TN、TP的平均去除率分别由45.5％和47.2％增至57.4％和71.8％。

2.2 序批式膜生物反应器

序批式反应器(SBR)作为一种改良型的活性污泥处理工艺，利用时间上的推流代替空间上的推流，集进水、厌氧、好氧、沉淀于一池，不但可以为实现生物

脱氮除磷提供条件，还可以灵活变换运行方式以适应不同类型污水的处理要求，便于自动控制等。将SBR与MBR相结合形成SBMBR法，除了具有一般MBR的优点外，对于膜组件本身和SBR工艺两种程序运行都互有帮助。由于膜组件的截留过滤作用，反应器中的微生物能最大限度地增长，利于世代时间较长的硝化及亚硝化细菌的生长繁殖，因此污泥的生物活性高，吸附和降解有机物的能力较强，同时也具有较好的硝化能力。此外，SBR式的工作方式为除磷菌的生长创造了条件，同时也满足了脱氮的需要，使得单一反应器内实现同时高效去除氮、磷及有机物成为可能。与传统SBR系统相比，SBMBR法在反应阶段利用膜分离排水，可以减少传统SBR的循环时间。

在A/O模式下进行SBMBR法与传统MBR法(CMBR)的对比试验，检测出水水质发现：1、当进水COD/TN降至3.8~8.3时，CMBR出水TN浓度与进水相差无几；而SBMBR通过改变运行周期、提高交换比等方式，对TN和氨氮的去除率分别保持在67.6％和93.12％。2、在有机碳源不足的情况下，SBMBR对TP的平均去除率降至49.9％，其它时间内对TP的去除率均保持在90％左右，平均去除率为91.4％，不受进水COD/TN值的变化影响；而CMBR对TP的去除率为14％

~95.87％，波动较大，平均去除率仅为60.06％。3、序批式的运行方式可以延缓膜污染，SBMBR的膜通量是CMBR的1.33倍，但膜污染速率仍明显低于CMBR。

2.3复合式膜生物反应器

对于脱氮工艺而言，多数研究建立在一体式MBR上，总体处理效果已初见成效；而对于除磷工艺，因MBR一般具有很长的污泥龄，不利于对磷的去除。实验中采用复合式膜生物反应器(HM—BR)工艺，即在MBR之前填设厌氧反应器(A段)，以增强其反硝化脱氮除磷性能。实验结果表明，HMBR对SS的去除率接近100％，对COD的去除率为90％，对氨氮的去除率为88％，对TP的去除率为30％。分析认为，膜组件对氨氮的去除起到了稳定和强化作用，混合液的回流使出水中的亚硝酸盐、硝酸盐浓度明显降低，提高了系统的脱氮效率。虽然实验期间未进行排泥，但以厌氧一好氧方式运行的HMBR对TP也具有一定的去除效果，并且聚磷菌具有较强的吸磷能力。

2.4 SAM和A—A/A—M

HMBR工艺在空间序列上实现了缺氧/好氧的组合，硝化和反硝化在两个反应器内完成，能够实现连续过滤操作和对碳、氮的去除，但除磷效果不佳。为此，Ahn K.H.和Cho J.等开发了序批式缺氧/厌氧MBR(sequencing anoxic/anaerobic MBR，SAM)工艺，该工艺通过启闭好氧区回流液在单一反应器内实现了时间上的缺氧和厌氧两种条件，除磷效果得到很大提高(除磷率达到93％)；但脱氮效率受缺氧阶段HRT降低的影响而降至60％。

实验中还采取一种交替式厌氧一缺氧一膜生物反应器(A—A/A—M)工艺。该工艺由交替式缺氧一厌氧反应池和连续曝气的好氧反应池组成，通过为各类功能微生物(即硝化菌、反硝化菌、聚磷菌及反硝化聚磷菌等)提供有利的生长和繁殖环境，同步实现对有机物、氮、磷的去除。该系统中硝化过程完成得很彻底，这主要是由于好氧池膜组件的高效截留作用使世代时间较长的硝化菌得以生长和繁殖的结果。当好氧池混合液被回流至反应器A时，其内的反硝化细菌可以充分利用进水中的碳源进行反硝化，强化反硝化效果。同时，在高污泥浓度条件下，