短程硝化反硝化工藝是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一種新型生物脫氮工藝，該工藝能節(jié)省曝氣量和反硝化碳源，并具有污泥生成量小等一系列優(yōu)點(diǎn)，但是短程硝化反硝化工藝的實(shí)現(xiàn)條件較為苛刻，常規(guī)條件下更是很難維持穩(wěn)定的短程硝化反硝化。膜生物反應(yīng)器（MBR）是污水生物處理與膜分離技術(shù)結(jié)合的新型處理工藝，它具有占地省、能耗少、高污泥濃度等特點(diǎn)。試驗(yàn)基于短程硝化反硝化的脫氮原理以及膜生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，采用前置缺氧好氧膜生物反應(yīng)器作為本次試驗(yàn)的主要工藝，以人工配制的高氨氮，系統(tǒng)的研究了短程硝化的實(shí)現(xiàn)及其穩(wěn)定運(yùn)行的影響因素和活性污泥特性。

實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1原水水質(zhì)

試驗(yàn)用水采用人工配水，即在自來(lái)水投加NH4Cl和CH3OH來(lái)模擬高氨氮廢水。其中，NH4Cl的投加量由每日進(jìn)水控制的氨氮濃度來(lái)確定，甲醇的投加量根據(jù)總氮的去除率﹥60%所需用量來(lái)確定。配水中可能缺乏細(xì)菌生長(zhǎng)所必需的錳、鐵、銅、鋅等無(wú)機(jī)元素，因此需向反應(yīng)器中投加一定濃度的營(yíng)養(yǎng)液。廢水水質(zhì)參數(shù)：COD300~2500mg/L， NH4+ -N 48~1300 mg/L，pH7.8~8.4。

1.2.1 試驗(yàn)裝置

AO-MBR反應(yīng)裝置由進(jìn)水區(qū)、A池、O池組成，Ａ池和Ｏ池反應(yīng)器采用PVC有效容積為分別為28L、70L，O池內(nèi)置1片PVDF中空纖維超濾膜, 每片膜有效過(guò)濾面積為1.0m2，膜組件尺寸為 a×b×c(mm)=300×210×450，纖維內(nèi)外徑0.6/1.1(mm)，膜孔徑0.1 μm。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1) 試驗(yàn)進(jìn)水1.7L/h， A區(qū)采用變頻攪拌器強(qiáng)化了水流紊動(dòng)性，以更好的保持缺氧狀態(tài)，有效防止污泥淤積；O區(qū)采用曝氣頭曝氣方式，利用曝氣頭提高氧向水中的轉(zhuǎn)移速率，強(qiáng)化傳質(zhì)效果，保證反應(yīng)器內(nèi)有足夠的溶解氧。

(2)中空纖維膜浸沒(méi)O池，運(yùn)行方式是抽吸8分鐘，停2分鐘；O池底部設(shè)有曝氣裝置，主要為生化系統(tǒng)提供充足的氧氣和持續(xù)不斷的沖刷膜表面減緩膜的污染。

(3) 溫控保證常溫環(huán)境即24～32℃。

1.3檢測(cè)方法

試驗(yàn)過(guò)程中需要檢測(cè)NH4+ -N，MLSS，化學(xué)需氧量COD，pH值，DO，其分析方法分別為： GB7479-1987鈉氏比色法，重量法，GB 11914-1989重鉻酸鹽法，pH酸度計(jì)，便攜式溶解氧儀。

2.試驗(yàn)啟動(dòng)

2.1污泥接種與馴化

試驗(yàn)接種污泥取自北京某污水處理廠二沉池的回流污泥，首先將取來(lái)的污泥反復(fù)淘洗，去掉上層漂浮物和下層大塊沉積物，留下顆粒細(xì)小的污泥，然后悶曝24小時(shí)，利用內(nèi)源呼吸作用，使異氧菌自身消耗并去掉有毒物質(zhì)，恢復(fù)活性后的污泥呈黃褐色，將污泥倒入 AO-MBR反應(yīng)池中培養(yǎng)。此時(shí)缺氧和好氧池內(nèi)的MLSS分別為3432mg/L、3568mg/L，開(kāi)啟鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)攪拌機(jī)和回流泵，并向反應(yīng)池中注入污水進(jìn)行培養(yǎng)，運(yùn)行一天后，按照AO-MBR工藝運(yùn)行方式。

2.2系統(tǒng)啟動(dòng)與全程硝化形成

逐步提高進(jìn)水負(fù)荷，逐漸降低C/N比例，使污泥漸漸適應(yīng)高氨氮廢水的水質(zhì)環(huán)境。馴化過(guò)程中每提高一次負(fù)荷都要保證出水穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的培養(yǎng)，污泥基本成熟，缺氧和好氧池的MLSS分別為6483mg/L、7540mg/L，鏡檢生物相微生物活躍豐富。

3.試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1全程硝化的穩(wěn)定運(yùn)行

系統(tǒng)啟動(dòng)之后，氨氮去除效果隨著系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行而逐漸增加，進(jìn)出水氨氮及氨氮去除率隨運(yùn)行時(shí)間的變化。

進(jìn)水氨氮濃度從48.2mg/L逐漸提高到498.1mg/L，出水氨氮為平均2.3mg/L，平均氨氮去除率為99.1%，啟動(dòng)完成之后，硝化率長(zhǎng)期穩(wěn)定在99%以上；同時(shí)，全程硝化階段，亞硝氮積累率僅為7.9%，說(shuō)明反應(yīng)器能夠把亞硝氮全部轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。該反應(yīng)裝置能在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到氨氮的穩(wěn)定去除效果，反應(yīng)裝置啟動(dòng)迅速，能夠縮短污泥馴化時(shí)間，很快進(jìn)入較高負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，是一種較好的硝化反硝化反應(yīng)器。

系統(tǒng)啟動(dòng)初期，反應(yīng)器內(nèi)硝化菌和亞硝化菌數(shù)量較少，氨氮去除效果較差，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)硝化菌的數(shù)量隨之增加，系統(tǒng)出水氨氮濃度明顯下降，去除率逐步升高，較低負(fù)荷時(shí)，經(jīng)11天后達(dá)到99%以上，逐漸加大負(fù)荷，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)幾天的穩(wěn)定，氨氮去除效果良好。

在此階段運(yùn)行期間平均進(jìn)水COD濃度為408.76 mg/L；出水COD平均值36.70mg/L；COD最大去除率為94.7%，最低去除率為72.4%，平均去除率為90.3%。即使在有大的沖擊負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng) COD 去除效果仍比較好。

AO-MBR對(duì)有機(jī)物的去除效果來(lái)自兩個(gè)方面：一方面是膜生物反應(yīng)器中微生物對(duì)有機(jī)物的降解，由于膜的截留作用，膜生物反應(yīng)器內(nèi)形成高濃度的生物種群，能夠達(dá)到較高的MLSS，使得MBR系統(tǒng)中生物降解作用增強(qiáng)；另一方面是膜對(duì)大分子有機(jī)物質(zhì)的截留作用，大分子物質(zhì)可以被截留在好氧反應(yīng)器內(nèi)，獲得比傳統(tǒng)活性污泥法更多的與微生物接觸反應(yīng)時(shí)間，并有助于某些專(zhuān)性微生物的培養(yǎng)，提高有機(jī)物的去除效率[5]。

COD去除率和氨氮去除率不會(huì)同時(shí)達(dá)到最大值。硝化菌是一類(lèi)自養(yǎng)菌，有機(jī)基質(zhì)的濃度并不是它的生長(zhǎng)限制因素，但若有機(jī)基質(zhì)濃度過(guò)高，會(huì)使生長(zhǎng)速率較高的異氧菌迅速繁衍，爭(zhēng)奪溶解氧，從而使自養(yǎng)菌的生長(zhǎng)緩慢且好氧的硝化菌得不到優(yōu)勢(shì)，結(jié)果降低硝化速率。因此出于對(duì)生存空間的競(jìng)爭(zhēng)，在一定的基質(zhì)濃度條件下自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌不會(huì)同時(shí)處于最高效狀態(tài)。

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