短程硝化反硝化工藝是近年來開發(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，但是短程硝化反硝化工藝的實現(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。膜生物反應器（MBR）是污水生物處理與膜分離技術結合的新型處理工藝，它具有占地省、能耗少、高污泥濃度等特點。試驗基于短程硝化反硝化的脫氮原理以及膜生物反應器的優(yōu)點，采用前置缺氧好氧膜生物反應器作為本次試驗的主要工藝，以人工配制的高氨氮，系統(tǒng)的研究了短程硝化的實現(xiàn)及其穩(wěn)定運行的影響因素和活性污泥特性。

實驗材料與方法

1.1原水水質(zhì)

試驗用水采用人工配水，即在自來水投加NH4Cl和CH3OH來模擬高氨氮廢水。其中，NH4Cl的投加量由每日進水控制的氨氮濃度來確定，甲醇的投加量根據(jù)總氮的去除率﹥60%所需用量來確定。配水中可能缺乏細菌生長所必需的錳、鐵、銅、鋅等無機元素，因此需向反應器中投加一定濃度的營養(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 試驗裝置

AO-MBR反應裝置由進水區(qū)、A池、O池組成，Ａ池和Ｏ池反應器采用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 試驗設計

(1) 試驗進水1.7L/h， A區(qū)采用變頻攪拌器強化了水流紊動性，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，強化傳質(zhì)效果，保證反應器內(nèi)有足夠的溶解氧。

(2)中空纖維膜浸沒O池，運行方式是抽吸8分鐘，停2分鐘；O池底部設有曝氣裝置，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檢測方法

試驗過程中需要檢測NH4+ -N，MLSS，化學需氧量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，便攜式溶解氧儀。

2.試驗啟動

2.1污泥接種與馴化

試驗接種污泥取自北京某污水處理廠二沉池的回流污泥，首先將取來的污泥反復淘洗，去掉上層漂浮物和下層大塊沉積物，留下顆粒細小的污泥，然后悶曝24小時，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)，恢復活性后的污泥呈黃褐色，將污泥倒入 AO-MBR反應池中培養(yǎng)。此時缺氧和好氧池內(nèi)的MLSS分別為3432mg/L、3568mg/L，開啟鼓風機、電動攪拌機和回流泵，并向反應池中注入污水進行培養(yǎng)，運行一天后，按照AO-MBR工藝運行方式。

2.2系統(tǒng)啟動與全程硝化形成

逐步提高進水負荷，逐漸降低C/N比例，使污泥漸漸適應高氨氮廢水的水質(zhì)環(huán)境。馴化過程中每提高一次負荷都要保證出水穩(wěn)定。經(jīng)過一個多月的培養(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.試驗結果與分析

3.1全程硝化的穩(wěn)定運行

系統(tǒng)啟動之后，氨氮去除效果隨著系統(tǒng)的穩(wěn)定運行而逐漸增加，進出水氨氮及氨氮去除率隨運行時間的變化。

進水氨氮濃度從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%，啟動完成之后，硝化率長期穩(wěn)定在99%以上；同時，全程硝化階段，亞硝氮積累率僅為7.9%，說明反應器能夠把亞硝氮全部轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。該反應裝置能在較短時間內(nèi)達到氨氮的穩(wěn)定去除效果，反應裝置啟動迅速，能夠縮短污泥馴化時間，很快進入較高負荷的運行狀態(tài)，是一種較好的硝化反硝化反應器。

系統(tǒng)啟動初期，反應器內(nèi)硝化菌和亞硝化菌數(shù)量較少，氨氮去除效果較差，隨著運行時間的延長硝化菌的數(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，較低負荷時，經(jīng)11天后達到99%以上，逐漸加大負荷，系統(tǒng)經(jīng)過幾天的穩(wěn)定，氨氮去除效果良好。

在此階段運行期間平均進水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荷時，系統(tǒng) COD 去除效果仍比較好。

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

COD去除率和氨氮去除率不會同時達到最大值。硝化菌是一類自養(yǎng)菌，有機基質(zhì)的濃度并不是它的生長限制因素，但若有機基質(zhì)濃度過高，會使生長速率較高的異氧菌迅速繁衍，爭奪溶解氧，從而使自養(yǎng)菌的生長緩慢且好氧的硝化菌得不到優(yōu)勢，結果降低硝化速率。因此出于對生存空間的競爭，在一定的基質(zhì)濃度條件下自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌不會同時處于最高效狀態(tài)。

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