张 军1， 王宝贞2， 张立秋2， 王爱杰2
（1.南京建筑工程学院城市建设系，江苏 南京 210009；2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150008） 摘 要： 介绍了膜生物反应器系统对氮、磷的去除效能及影响脱氮除磷效果的主要因素。试验结果表明，控制好膜生物反应器系统的运行条件，可以在去除有机物的同时脱氮除磷。
关键词： 膜生物反应器； 脱氮； 除磷
中图分类号：X505
文献标识码：A
文章编号：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 试验装置及方法 本研究在自行设计的膜生物反应器(HSMBR)试验装置中进行，试验装置系统工艺流程如图1所示。 
流程Ⅰ为一体化复合淹没式膜生物反应器，反应器容积为13.9L，下部装填盾形泡沫填料，装填密度为1个/L，用抗微生物分解的绳子将填料串联成一串，填料间用陶瓷环加以分隔。反应器上部放置中空纤维膜组件，膜面积为1.0m2，膜材料为聚丙烯，膜孔径为0.01μm。反应器底部设有砂盘曝气器，曝气量为0.2～0.3m3/h。曝气一方面提供微生物所需的氧气，另一方面带动水流对膜面进行冲刷，有效地防止了膜孔堵塞。原水经稳流器直接进入反应器，停留6h后在出水泵的抽吸作用下得到膜过滤出水，出水量为2.3 L/h，出水泵的工作压力为0.05～0.12MPa。
流程Ⅱ为A/O复合淹没式膜生物反应器系统。A段反应器容积为4.0 L，内部装填陶粒填料，填料孔隙率为46%。O段反应器与流程Ⅰ相同，原水经前置反硝化A段进入好氧反应器O段，在出水泵的抽吸作用下得到膜过滤出水，出水量为3.0 L/h，出水泵的工作压力为0.08～0.15MPa。总的水力停留时间为6.0 h，其中A段1.4 h，O段4.6h。硝化液回流比为3～4。
试验用水采用直链淀粉、牛肉膏、蛋白胨、尿素、复合肥、NH4Cl、KH2PO4、Na2HPO4配制而成的模拟生活污水。具体水质情况及其分析方法如表1所示。各水质指标的测定采用国家的废水检测标准方法。 表１ 试验用水水质指标及其分析方法| 指标 | 数值 | 分析方法 | | CODcr（mg/L) | 152.0-432.64 | 回流法 | | BOD5（mg/L) | 58.56-293.33 | 仪器法 | | TN（mg/L) | 15.34-49.27 | 碱性过硫酸钾消解光度法 | | NH3-N（mg/L) | 12.58-36.71 | 纳氏试剂光度法 | | NO2--N（mg/L) | ＜0.2 | 对氨基苯磺-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 | 过硫酸钾消解-氯化亚锡还原光度法 | | PO34--P（mg/L) | 1.72-7.67 | 氯化亚锡还原光度法 | | SS（mg/L) | 33.0-149.0 | 重量法 | | 浊度（NTU） | 18.0-160.0 | 仪器法 | | pH | 6.43-73.61 | 仪器法 | 2 试验结果与讨论 2.1 对污染物的去除效果
反应器自生物接种后开始进水，系统连续运行140d，出水CODCr＜30mg/L、BOD5＜10mg/L、浊度＜1 NTU、未检出SS，说明复合系统能有效去除有机物、悬浮固体和浊度。
2.2 对氮、磷的去除
系统对氮、磷的去除效果如表2所示。 表２ HSMBR对氮、磷的去除效果系
统 | 水样 | TN
（mg/L) | NH3
（mg/L) | NO3--N
（mg/L) | NO2--N
（mg/L) | TP
（mg/L) | PO43--P
（mg/L) | 流
程
Ⅰ | 进水 | 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 | 总去除率
（%） | 89.5 | 98.1 | | | 18.4 | 32.0 | 流
程
Ⅱ | 进水 | 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 | 总去除率
（%） | 91.4 | 97.0 | | | 70.9 | 74.7 | 由表2可见，流程Ⅰ和流程Ⅱ对NH3-N均有极好的去除效果，出水平均NH3-N＜10mg/L，由于生活污水中的氮大多数为氨氮，因此对TN的去除效果也就非常理想。流程Ⅰ对TP和PO43--P的去除率分别为18.4%和32.0%，超出合成细胞的需磷量，说明存在过量除磷现象。这主要是由于在填料内部存在厌氧环境，聚磷菌的放磷和吸磷过程同时存在，控制好反应器内的条件就能同时进行脱氮除磷，同时由于填料内部厌氧环境的存在，反应器内同时存在着硝化和反硝化两种反应，有利于脱氮。由表2还可见，流程Ⅰ的出水中硝态氮含量稍高，磷的含量也不理想。为了克服流程Ⅰ的不足，在流程Ⅰ中加入前置反硝化A段，组成流程Ⅱ。流程Ⅱ出水中硝态氮和磷的含量较流程Ⅰ有所降低，对TP和PO43--P的去除率分别为70.9%和74.7%，出水平均PO43--P为1.41mg/L。
由表2还可以看出，膜对氮、磷的去除作用较小，主要是通过生物作用脱氮除磷。但膜是保证出水水质的关键，它将悬浮固体全部截留在反应器内，使世代时间较长的硝化菌能够在HRT较小的条件下生存。 3 影响脱氮除磷效果的因素 3.1 温度的影响
温度对生物除磷影响较小，而对硝化和反硝化均有较大影响。硝化菌适宜的生长温度在25～30℃之间，反硝化最适宜的运行温度为15～35℃。本研究将温度控制在25～30℃，因此可以不考虑温度的影响。
3.2 DO的影响
反应器内DO浓度对硝化反应速度及硝化细菌的生长速率均有极大的影响，但普遍认为DO＞2.0mg/L时，DO浓度对硝化作用的影响可不予考虑。本研究为了保证膜表面不会产生浓差极化，将DO控制在4～6mg/L，因此，DO不会成为限制硝化的因素。本研究的流程Ⅰ工艺中，由于填料的介入，在填料内部存在厌氧微环境，提供了反硝化和聚磷菌厌氧放磷的条件，但由于厌氧环境有限，除磷效果不理想，且出水中硝态氮含量稍高。流程Ⅱ中，由于添加了前置反硝化A段，出水中硝态氮和磷的含量均有所降低，但硝化液回流使部分DO及硝态氮进入A段，使反硝化和磷的去除受到影响，本研究通过控制适宜的营养比来削弱回流的影响。
3.3 pH值的影响
pH是影响硝化和反硝化作用的重要环境因素之一。生物除磷合适的pH范围为中性或微碱性，在此条件下，硝化和反硝化过程迅速。硝化反应每氧化1g氨氮要消耗碱度7.14g(以CaCO3计)，每还原1gNO-3-N产生3.5g碱度(以CaCO3计)，对于一般污水的硝化反应来说，碱度往往是不充足的1］。本研究符合麦卡蒂方程的条件，在污泥停留时间长的情况下，每去除1gBOD5可产生0.3 g碱度，从而对硝化引起的pH值的降低具有缓冲作用。另外，复合系统较大的曝气量可以吹脱微生物氧化有机物产生的CO2，使CO2+H2O→HCO3+H+的电离平衡向左进行，也能削弱pH值的降低。在本研究中，出水pH值略高于进水。
3.4 碳源的影响
一般认为，当废水中所含碳(BOD5)、氮比值大于3∶1时，无须外加碳源即可达到脱氮的目的。研究表明，进水CODCr浓度会影响厌氧放磷，当进水TKN/CODCr＜0.1时，反硝化完全，除磷效果好。有机物浓度越高，放磷越早也越快。本研究控制营养比为BOD5∶TN∶TP为100∶5∶1。 4 结论 膜生物反应器系统能够在去除有机污染物的同时去除氮、磷，但必须控制好反应器内的运行条件，本研究得出的结论是：温度控制在25～30℃，DO为4～6mg/L，营养比为BOD5∶TN∶TP＝100∶5∶1，进水pH为中性或碱性。出水效果为：CODCr＜30 mg/L，BOD5＜10mg/L，SS为0，浊度＜1NTU，系统对NH3-N去除率为97%以上，对磷的去除率可达70%以上。 参考文献：
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［2］ 黄霞，等.膜生物反应器废水处理工艺的研究进展［J］.环境科学研究，1998，11(1)：40-44.
［3］ 刘福谅，等.超滤技术在环境工程中的应用现状［J］.环境化学，1993，12(6)：490-499.
［4］ 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.
作者简介：张军(1967- )， 女， 南京建筑工程学院讲师， 哈尔滨建筑大学在读博士生。
电话：(025)8828879
收稿日期：2000-05-04 | 
