8 期

范美霖等

:生物强化 MBR-AF 工艺短程硝化反硝化研究

长久稳定地控制在亚硝酸盐阶段并非易事

硝化菌生长速率慢

,完全的污泥停留对于硝化

反应的稳定性十分重要

,而膜生物反应器(MBR)可

以截留硝化菌

,实现污泥停留时间和水力停留时间

的分离

,有利于提高生物脱氮效率(Li et al. ,2006;

Yoon et al. ,2004). 有学者利用联合 PO-MBR 进行
短程硝化反硝化研究

,发现氨氧化率可达到 90% ,

并能节约

75% 的氧和 30% ~ 40% 的碳源(Canziani

et al. , 2006). 控制 pH、温度、DO 等条件能够对亚
硝酸盐氧化菌活性起到一定的抑制作用

,通过控制

进水氨氮浓度

(160 mg·L

- 1

)和 DO(0. 6 mg·L

- 1

)抑

制

Nitrospira spp. 活性而达到短程硝化 ( Nittami,

2011). 目前的研究大多都集中在如何控制操作参

数实现短程硝化方面

,然而无法同时保证短程脱氮

率和稳定性

( Xue et al. ,2009; Ahna et al. ,2009;

Silva et al. ,1998). 生物强化技术是通过向废水处
理系统中直接投加从自然界中筛选的优势菌种或
通过基因重组技术产生的高效菌种

,通过改善原处

理系统的能力

,对某种或某一类有害物质进行去除

或使某方面性能得以优化

,最终提高系统的处理能

力

(Odokuma, 2003). 生物强化有两种应用方式,分

别是投菌法和固定化微生物技术

,生物强化具有较

强的抗冲击负荷能力

,在缩短反应器的启动时间和

提高生物脱氮性能的稳定性方面都有很大的优越
性

(Bartrolí, 2011; Jiao et al. , 2011). 因此,生物强

化技术与

MBR 结合更有利于自养性硝化菌的生长

繁殖

,减少菌的流失,提高硝化效率;与厌氧生物滤

池结合可提高脱氮率

,减小反应器体积,具有很好

的经济适用性

. 但目前将生物强化技术引入到短程

硝化反硝化工艺中的研究较少

因此

,本试验将短程硝化功能菌和反硝化功能

菌分别接种至膜生物反应器

(MBR) 和上流式厌氧

生物滤池

( AF ) 中, 构建生物强化的 MBR-AF

(Membrane bioreactor-anaerobic biofilter)短程硝化反
硝化工艺

,并以活性污泥作空白对照,研究强化体

系处理高氨氮废水的性能和优越性

,探索生物强化

实现短程硝化反硝化的可行性

2　试验材料与方法(Materials and methods)

2. 1　试验装置

试验装置如图

1 所示,装置的主体是浸没式膜

生物反应器

(MBR) 和上流式厌氧生物滤池(AF).

MBR 有效容积为 1. 5 L,内置 1 个平板膜组件,平板
膜的有效过滤面积为

0. 01 m

, 膜通量为 6

L·m

- 2

·h

- 1

,膜材质为聚醚砜(PES),膜孔径为 0. 22

μm. 膜组件下方设有穿空管曝气,以达到均匀曝气
的目的

. MBR 膜出水通过蠕动泵泵入 AF 进行反硝

化

,上流式 AF 柱高 30 cm,内径 6 cm,内置耦合陶瓷

环

-塑料环填料,填充率为 50% . 两套反应器外侧均

设有保温套

,以控制反应器的运行温度为 30 ℃ . 碱

池中为

NaOH 和 Na

(V/ V,1∶1) 混合液以调节

MBR 中 pH 维持在 8. 0 左右. MBR 中的溶解氧通过
调节曝气速率控制在

1 mg·L

- 1

以下

. 碳源池中为柠

檬酸三钠溶液

,作为 AF 反硝化池的外加碳源.

图

1　 MBR-AF 短程硝化反硝化工艺流程

Fig. 1　 Flow diagram of MBR-AF nitritation and denitritation process

　　 MBR 采用连续进水方式,其初始操作条件为:氨
氮浓度

400 mg·L

- 1

左右

,pH 为 7. 8 ± 0. 5,溶解氧

(1． 0 ±0. 5)mg·L

-1

,温度 30 ℃,水力停留时间(HRT)

为

30 h. MBR 启动期完成后,保持 HRT 为 24 h.

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