膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝作為一種新型水處理技術(shù)，其出水水質(zhì)可靠、操作方式便捷、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小〔1〕，長期受到人們的青睞。然而由于膜組件成本高、抽吸出水消耗大，以及膜易污染等問題，嚴(yán)重制約了MBR 的全面推廣應(yīng)用〔2〕。自生動態(tài)膜（SDM）是指在過濾污泥混合物的過程中，微生物及其代謝產(chǎn)物在多孔支撐體表面上，通過循環(huán)沉淀所形成的膜分離層〔3〕。與常規(guī)分離膜相比，動態(tài)膜具有較多優(yōu)勢，如過濾壓力小，采用重力自流出水，節(jié)省了運行能耗；采用大孔徑材料來制作，降低了膜組件的造價；抗污染能力強，清洗方便等〔4〕。
化糞池廢水中的氨氮濃度介于城市污水與高濃度氨氮工業(yè)廢水之間，前者可以采用傳統(tǒng)的生化脫氮工藝處理，后者可以采用吹脫法等物化方法處理�；S池廢水屬于一種可生化處理的高濃度氨氮廢水，采用物化脫氮法（如吹脫法）效率低，而用常規(guī)污水生物處理工藝又很難達到滿意的處理效果。在傳統(tǒng)生物脫氮工藝中，為維持良好的硝化效果，必須保證好氧單元污泥具有非常強的硝化能力； 但硝化菌是一類弱勢菌種，要獲得含高濃度硝化菌的活性污泥，必須大大延長污泥停留時間〔5〕。MBR 利用膜的分離作用，將污泥停留時間與水力停留時間完全分開，可以大幅提高污泥系統(tǒng)中硝化菌的濃度〔6〕。
筆者將傳統(tǒng)的A/O 工藝與MBR 工藝結(jié)合，并以動態(tài)膜組件替代了傳統(tǒng)的分離膜，構(gòu)建了一套厭氧/好氧/動態(tài)膜生物反應(yīng)器（A/O/DMBR），用于對高氨氮化糞池廢水的處理，并考察了動態(tài)膜的特點、反應(yīng)器的處理效果和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
1 試驗裝置與方法 1.1 A/O/DMBR 系統(tǒng)
A/O/DMBR 系統(tǒng)主要由缺氧池（A 池）、好氧池（O 池）、沉淀池（S 池）和動態(tài)膜池（M 池）組成，如圖 1所示。
圖 1 A/O/DMBR 試驗裝置
污水首先進入A 池，在此與由循環(huán)流作用下回流至A 池的硝化污水混合，并發(fā)生反硝化作用，其中，A 池與O 池之間的擋板可以上下活動，進而調(diào)節(jié)硝化污水的回流比。然后，污水由A 池底部進入 O 池，其中的有機物和氨氮在O 池得到降解與轉(zhuǎn)化。接著，污水進入S 池，并在S 池實現(xiàn)泥水分離，其中沉降于底部的污泥在循環(huán)流的作用下返回至O 池，清液進入M 池。在M 池，污水中的污染物得到進一步的生物降解，并被動態(tài)膜截留。最終，處理后的污水在重力作用下，經(jīng)動態(tài)膜表面進入膜組件內(nèi)部的清水收集管，并自流出系統(tǒng)。A/O/DMBR 工藝的優(yōu)勢表現(xiàn)在：
（1）裝置為一體式，結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小；缺氧段、好氧段由擋板隔開，頂部和底部均連通，好氧單元的硝化污水可以在曝氣循環(huán)流的作用下，直接回流至缺氧段，不需回流泵，降低了能耗。
（2）將A/O 與DMBR 結(jié)合，一方面發(fā)揮了MBR 的優(yōu)勢，提高了工藝的硝化效果和出水水質(zhì)；另一方面，進水中絕大部分的污染物在A/O 單元得到降解，且通過中間沉淀池的初步泥水分離，大大降低了DMBR 單元的負(fù)荷，有利于減輕膜污染。
（3）采用動態(tài)膜替代常規(guī)分離膜，反應(yīng)器出水為重力自流出水，節(jié)省了運行能耗；動態(tài)膜由廉價的過濾網(wǎng)制作而成，降低了投資成本；動態(tài)膜還具有膜通量高、抗污染能力強和清洗方便等優(yōu)勢。
1.2 動態(tài)膜組件
試驗所用動態(tài)膜組件的結(jié)構(gòu)類似于平板膜，由 0.1 mm 孔徑的篩絹包裹形成過濾面，代替常規(guī)的微濾或超濾膜，其有效面積為0.32 m2；當(dāng)污泥混合液在此過濾面循環(huán)流動時，污泥將在過濾面上堆積，形成截留效果良好的動態(tài)分離膜，同時，濾液透過動態(tài)膜進入膜組件內(nèi)的空腔，并通過出水收集管流出反應(yīng)器，成為DMBR 的出水，因此，該動態(tài)膜組件具有成本低、能耗低、高通量、易拆卸和清洗方便等優(yōu)勢。
1.3 試驗用水
試驗用水取自某小區(qū)化糞池，水質(zhì)情況見表 1。
1.4 測定項目與方法
用于監(jiān)測污水和污泥特征的分析項目和方法主要包括：SS、MLSS、VSS 測定采用稱重法；TCOD、 SCOD 測定采用標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀法；pH 測定采用PB- 10 精密pH 計； 濁度測定采用WGZ-2000 濁度儀；總氮測定采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法； 氨氮測定采用納氏試劑分光光度法； 硝酸氮測定采用紫外分光光度法；總磷測定采用鉬銻抗分光光度法。
2 結(jié)果與討論 2.1 動態(tài)膜的形成與穩(wěn)定
出水濁度是衡量動態(tài)膜截留效能的重要指標(biāo)。當(dāng)動態(tài)膜膜通量控制在約25~35 L/（m2·h），極限水頭損失控制在500 Pa（即當(dāng)動態(tài)膜的水頭損失達到 500 Pa 時，認(rèn)為一個運行周期結(jié)束，開始對動態(tài)膜進行清洗），且過濾活性污泥的MLSS 約5~6 g/L 時，動態(tài)膜出水濁度能夠在1.0 h 內(nèi)達到穩(wěn)定，說明在 0.1 mm 孔徑的篩網(wǎng)上，動態(tài)膜能夠在1.0 h 內(nèi)形成完全。且A/O/DMBR 出水濁度能夠在35 d 內(nèi)一直控制在3 NTU 以下，說明在此條件下，動態(tài)膜運行周期大于35 d，長于相關(guān)報道（一般1~7 d）〔7〕，這表明一體式A/O/DMBR 可以減緩膜污染。
2.2 A/O/DMBR 處理效果
化糞池廢水是一種典型的高氨氮、低C/N 廢水，本研究重點考察了A/O/DMBR 對化糞池廢水中 COD、氨氮和總氮的去除效果。
2.2.1 對COD 的去除效果
穩(wěn)定運行期間，當(dāng)A 單元和O 單元MLSS 為3~4 g/L，DMBR 單元MLSS 為5~6 g/L，總HRT=9.6 h，水溫為常溫（約17~25 ℃），pH 為7.0~8.0 時，一體式 A/O/DMBR 對COD 的去除效果見圖 2。
圖 2 一體式A/O/DMBR 對COD 的去除效果
由圖 2 可見，進水COD 波動較大，但反應(yīng)器對 COD 的去除率一直較高，出水COD 在50 mg/L 以下，去除率為61.3%~90.2%，平均為81.5%。而且通過檢測O 單元出水上清液中COD 可知，A 和O 單元是主要的COD 去除單元，去除率約占進水COD 的60%； 而DMBR 單元的去除率僅占進水COD 的 20%左右，主要去除機理是污泥系統(tǒng)對難降解COD 的進一步去除，以及動態(tài)膜對COD 的截留。
2.2.2 對氨氮的去除效果
穩(wěn)定運行期間，當(dāng)運行條件如前所述，一體式 A/O/DMBR 對氨氮的去除效果見圖 3。
圖 3 一體式A/O/DMBR 對氨氮的去除效果
由圖 3 可見，進水氨氮濃度較高，平均為126.6 mg/L，但反應(yīng)器能夠保持較好的氨氮去除效果。試驗初期，氨氮去除率相對較低（65%），這主要是因為硝化菌生長速度較慢；之后，反應(yīng)器對氨氮的去除率達到80.0%~95.0%，平均為87.0%，出水氨氮保持在30 mg/L 以下。動態(tài)膜本身對氨氮的去除作用很小，但它可以截留硝化菌，對硝化菌的富集起到了關(guān)鍵作用�？傊�，A/O/DMBR 對高濃度氨氮表現(xiàn)出良好的去除效果。
2.2.3 對總氮的去除效果
穩(wěn)定運行期間，當(dāng)運行條件如前所述，一體式 A/O/DMBR 對總氮的去除效果見圖 4。
圖 4 一體式A/O/DMBR 對總氮的去除效果
由圖 4可見，反應(yīng)器對總氮的去除率較低，平均去除率為30%。進水C/N 低、反硝化碳源不足是造成TN 去除不高的主要原因〔8〕。研究表明，要實現(xiàn)良好的TN 去除效果，C/N 需要大于4.6，而本試驗所用化糞池廢水C/N 僅1.56，因此，通過投加適量的反硝化外加碳源，可以達到更加滿意的脫氮效果。
2.3 污泥的生化活性 2.3.1 比硝化活性
試驗將好氧單元的活性污泥取出，用自來水清洗3 遍，然后采用序批試驗監(jiān)測了好氧污泥的比硝化速率，當(dāng)水溫為25 ℃，MLSS 為4.13 g/L，起始氨氮質(zhì)量濃度約100 mg/L 時，結(jié)果如圖 5 所示。
圖 5 污泥的比硝化速率
由圖 5 可以看出，氨氮濃度與運行時間呈負(fù)線性相關(guān)，好氧污泥的比硝化速率為2.79 mg/（g·h），說明A/O/DMBR 系統(tǒng)中的活性污泥具有較強的硝化活性。
2.3.2 比反硝化活性
同樣，按照上述方法，對缺氧單元的活性污泥進行了比反硝化活性檢測。當(dāng)水溫為25 ℃，MLSS 為 5.66 g/L，起始硝態(tài)氮質(zhì)量濃度約32 mg/L 時，硝態(tài)氮濃度與運行時間也是呈負(fù)線性相關(guān)，比反硝化速率為1.33 mg/（g·h）。說明厭氧污泥也具有較強的反硝化能力，而低C/N 可能是導(dǎo)致反應(yīng)器反硝化效果不理想的主要原因。
2.4 A/O/DMBR 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 2.4.1 流量負(fù)荷沖擊
研究表明，傳統(tǒng)MBR 具有較好的抗流量沖擊能力，為驗證一體式A/O/DMBR 也具有此能力，試驗進行流量負(fù)荷沖擊試驗，當(dāng)起始流量為5.1 L/h， HRT=9.6 h，在不同沖擊倍數(shù)和沖擊時間的情況下，反應(yīng)器出水COD 和NH3-N 的波動見表 2。
由表 2 可知，流量沖擊對出水COD 和氨氮的影響很小，說明該系統(tǒng)具有較強的抗流量沖擊的能力。
2.4.2 有機負(fù)荷沖擊
試驗考察了有機負(fù)荷沖擊對A/O/DMBR 的影響，當(dāng)進水流量為5.1 L/h，HRT=9.6 h，起始COD 為 224.8 mg/L 時，在不同程度有機負(fù)荷的沖擊下，反應(yīng)器出水COD 和NH3-N 的變化見表 3。
由表 3 可知，有機負(fù)荷沖擊對出水COD、氨氮的影響不大，反應(yīng)器表現(xiàn)出較好的抗有機負(fù)荷沖擊能力。
3 結(jié)論
（1）開發(fā)了一套新型的一體式A/O/DMBR，其中，動態(tài)膜能夠快速形成，且運行周期大于35 d。反應(yīng)器表現(xiàn)出較好的COD 和氨氮去除效果，平均去除率分別達到81.5%和87.0%；同時，反應(yīng)器還表現(xiàn)出較強的脫氮能力，厭氧單元和硝化單元污泥的比反硝化速率和比硝化速率分別達到1.33、2.79 mg/（g·h）。
（2）一體式A/O/DMBR 具有較強的穩(wěn)定性，流量沖擊和有機負(fù)荷沖擊對出水水質(zhì)的影響不明顯。
（3）一體式A/O/DMBR 可以用于可生化處理的高濃度氨氮廢水的處理，包括化糞池廢水、畜牧業(yè)廢水等； 也可以用于吹脫法等物化方法處理后的高濃度氨氮工業(yè)廢水的處理，特別是在分散性、小規(guī)模和難處理類廢水的處理領(lǐng)域，該反應(yīng)器具有廣闊的應(yīng)用前景。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
