張 軍1， 王寶貞2， 張立秋2， 王愛杰2
（1.南京建筑工程學院城市建設系，江蘇 南京 210009；2.哈爾濱工業大學市政環境工程學院，黑龍江哈爾濱150008） 摘 要： 介紹了膜生物反應器系統對氮、磷的去除效能及影響脫氮除磷效果的主要因素。試驗結果表明，控制好膜生物反應器系統的運行條件，可以在去除有機物的同時脫氮除磷。
關鍵詞： 膜生物反應器； 脫氮； 除磷
中圖分類號：X505
文獻標識碼：A
文章編號：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 試驗裝置及方法 本研究在自行設計的膜生物反應器(HSMBR)試驗裝置中進行，試驗裝置系統工藝流程如圖1所示。 
流程Ⅰ為一體化復合淹沒式膜生物反應器，反應器容積為13.9L，下部裝填盾形泡沫填料，裝填密度為1個/L，用抗微生物分解的繩子將填料串聯成一串，填料間用陶瓷環加以分隔。反應器上部放置中空纖維膜組件，膜面積為1.0m2，膜材料為聚丙烯，膜孔徑為0.01μm。反應器底部設有砂盤曝氣器，曝氣量為0.2～0.3m3/h。曝氣一方面提供微生物所需的氧氣，另一方面帶動水流對膜面進行沖刷，有效地防止了膜孔堵塞。原水經穩流器直接進入反應器，停留6h后在出水泵的抽吸作用下得到膜過濾出水，出水量為2.3 L/h，出水泵的工作壓力為0.05～0.12MPa。
流程Ⅱ為A/O復合淹沒式膜生物反應器系統。A段反應器容積為4.0 L，內部裝填陶粒填料，填料孔隙率為46%。O段反應器與流程Ⅰ相同，原水經前置反硝化A段進入好氧反應器O段，在出水泵的抽吸作用下得到膜過濾出水，出水量為3.0 L/h，出水泵的工作壓力為0.08～0.15MPa。總的水力停留時間為6.0 h，其中A段1.4 h，O段4.6h。硝化液回流比為3～4。
試驗用水采用直鏈淀粉、牛肉膏、蛋白胨、尿素、復合肥、NH4Cl、KH2PO4、Na2HPO4配制而成的模擬生活污水。具體水質情況及其分析方法如表1所示。各水質指標的測定采用國家的廢水檢測標準方法。 表１ 試驗用水水質指標及其分析方法| 指標 | 數值 | 分析方法 | | CODcr（mg/L) | 152.0-432.64 | 回流法 | | BOD5（mg/L) | 58.56-293.33 | 儀器法 | | TN（mg/L) | 15.34-49.27 | 堿性過硫酸鉀消解光度法 | | NH3-N（mg/L) | 12.58-36.71 | 納氏試劑光度法 | | NO2--N（mg/L) | ＜0.2 | 對氨基苯磺-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 | 過硫酸鉀消解-氯化亞錫還原光度法 | | PO34--P（mg/L) | 1.72-7.67 | 氯化亞錫還原光度法 | | SS（mg/L) | 33.0-149.0 | 重量法 | | 濁度（NTU） | 18.0-160.0 | 儀器法 | | pH | 6.43-73.61 | 儀器法 | 2 試驗結果與討論 2.1 對污染物的去除效果
反應器自生物接種后開始進水，系統連續運行140d，出水CODCr＜30mg/L、BOD5＜10mg/L、濁度＜1 NTU、未檢出SS，說明復合系統能有效去除有機物、懸浮固體和濁度。
2.2 對氮、磷的去除
系統對氮、磷的去除效果如表2所示。 表２ HSMBR對氮、磷的去除效果系
統 | 水樣 | TN
（mg/L) | NH3
（mg/L) | NO3--N
（mg/L) | NO2--N
（mg/L) | TP
（mg/L) | PO43--P
（mg/L) | 流
程
Ⅰ | 進水 | 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 | 總去除率
（%） | 89.5 | 98.1 | | | 18.4 | 32.0 | 流
程
Ⅱ | 進水 | 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 | 總去除率
（%） | 91.4 | 97.0 | | | 70.9 | 74.7 | 由表2可見，流程Ⅰ和流程Ⅱ對NH3-N均有極好的去除效果，出水平均NH3-N＜10mg/L，由于生活污水中的氮大多數為氨氮，因此對TN的去除效果也就非常理想。流程Ⅰ對TP和PO43--P的去除率分別為18.4%和32.0%，超出合成細胞的需磷量，說明存在過量除磷現象。這主要是由于在填料內部存在厭氧環境，聚磷菌的放磷和吸磷過程同時存在，控制好反應器內的條件就能同時進行脫氮除磷，同時由于填料內部厭氧環境的存在，反應器內同時存在著硝化和反硝化兩種反應，有利于脫氮。由表2還可見，流程Ⅰ的出水中硝態氮含量稍高，磷的含量也不理想。為了克服流程Ⅰ的不足，在流程Ⅰ中加入前置反硝化A段，組成流程Ⅱ。流程Ⅱ出水中硝態氮和磷的含量較流程Ⅰ有所降低，對TP和PO43--P的去除率分別為70.9%和74.7%，出水平均PO43--P為1.41mg/L。
由表2還可以看出，膜對氮、磷的去除作用較小，主要是通過生物作用脫氮除磷。但膜是保證出水水質的關鍵，它將懸浮固體全部截留在反應器內，使世代時間較長的硝化菌能夠在HRT較小的條件下生存。 3 影響脫氮除磷效果的因素 3.1 溫度的影響
溫度對生物除磷影響較小，而對硝化和反硝化均有較大影響。硝化菌適宜的生長溫度在25～30℃之間，反硝化最適宜的運行溫度為15～35℃。本研究將溫度控制在25～30℃，因此可以不考慮溫度的影響。
3.2 DO的影響
反應器內DO濃度對硝化反應速度及硝化細菌的生長速率均有極大的影響，但普遍認為DO＞2.0mg/L時，DO濃度對硝化作用的影響可不予考慮。本研究為了保證膜表面不會產生濃差極化，將DO控制在4～6mg/L，因此，DO不會成為限制硝化的因素。本研究的流程Ⅰ工藝中，由于填料的介入，在填料內部存在厭氧微環境，提供了反硝化和聚磷菌厭氧放磷的條件，但由于厭氧環境有限，除磷效果不理想，且出水中硝態氮含量稍高。流程Ⅱ中，由于添加了前置反硝化A段，出水中硝態氮和磷的含量均有所降低，但硝化液回流使部分DO及硝態氮進入A段，使反硝化和磷的去除受到影響，本研究通過控制適宜的營養比來削弱回流的影響。
3.3 pH值的影響
pH是影響硝化和反硝化作用的重要環境因素之一。生物除磷合適的pH范圍為中性或微堿性，在此條件下，硝化和反硝化過程迅速。硝化反應每氧化1g氨氮要消耗堿度7.14g(以CaCO3計)，每還原1gNO-3-N產生3.5g堿度(以CaCO3計)，對于一般污水的硝化反應來說，堿度往往是不充足的1］。本研究符合麥卡蒂方程的條件，在污泥停留時間長的情況下，每去除1gBOD5可產生0.3 g堿度，從而對硝化引起的pH值的降低具有緩沖作用。另外，復合系統較大的曝氣量可以吹脫微生物氧化有機物產生的CO2，使CO2+H2O→HCO3+H+的電離平衡向左進行，也能削弱pH值的降低。在本研究中，出水pH值略高于進水。
3.4 碳源的影響
一般認為，當廢水中所含碳(BOD5)、氮比值大于3∶1時，無須外加碳源即可達到脫氮的目的。研究表明，進水CODCr濃度會影響厭氧放磷，當進水TKN/CODCr＜0.1時，反硝化完全，除磷效果好。有機物濃度越高，放磷越早也越快。本研究控制營養比為BOD5∶TN∶TP為100∶5∶1。 4 結論 膜生物反應器系統能夠在去除有機污染物的同時去除氮、磷，但必須控制好反應器內的運行條件，本研究得出的結論是：溫度控制在25～30℃，DO為4～6mg/L，營養比為BOD5∶TN∶TP＝100∶5∶1，進水pH為中性或堿性。出水效果為：CODCr＜30 mg/L，BOD5＜10mg/L，SS為0，濁度＜1NTU，系統對NH3-N去除率為97%以上，對磷的去除率可達70%以上。 參考文獻：
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［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.
作者簡介：張軍(1967- )， 女， 南京建筑工程學院講師， 哈爾濱建筑大學在讀博士生。
電話：(025)8828879
收稿日期：2000-05-04 | 
