李 泉，趙 明

（1.河南機電高等?？茖W校，河南 新鄉(xiāng) 453000;2.中州大學實驗管理中心，河南鄭州 450044）

將常規(guī)的生物處理法與膜分離相結(jié)合，其意義不僅僅在于以膜分離取代二沉池，完全去除懸浮固體引起的污染物，還在于通過膜分離的作用，將二沉池無法截留的游離細菌和大分子有機物完全阻隔在反應池內(nèi)。這必將改變常規(guī)生物處理中污染物的構(gòu)成，使得大分子有機物和膠體明顯上升，在短時間內(nèi)促成專性微生物的積累。根據(jù)微生物生長模型理論，隨著SRT(污泥齡)的增加，反應器中污泥濃度不斷增加［1］，當污泥濃度增加到一定程度時，由于不能很好地供給微生物生長所需的物質(zhì)和能量，微生物衰減率增加，死亡后的微生物會被降解，由于微生物的降解物中有一部分是難降解的殘片和高分子物質(zhì)，所以會使反應器的處理效果存在一定的波動性。

1 實驗裝置

本研究采用將多種污水處理工藝設計在極其簡單的系統(tǒng)裝置中，系統(tǒng)由復合反應區(qū)和好氧MBR(膜生物反應器)反應區(qū)組成。為了利于保持系統(tǒng)內(nèi)混合液處于良好的紊動和懸浮狀態(tài)，減小因剪切造成的污泥顆粒破解，提高曝氣設備的充氧速率，經(jīng)過綜合比較，根據(jù)流體力學原理，自行設計，把反應器設計長方形。復合反應器內(nèi)設有填料，為提高充氧效率和滿足混合液所需的流態(tài)，復合反應器底部用穿孔曝氣管進行曝氣，有利于混合液旋轉(zhuǎn)并防止死角，減小水頭損失。微生物附著于填料表面和游移在廢水中，除了具有降解有機物的作用以外，還同時具有促進系統(tǒng)反硝化的功能。為保證復合反應區(qū)內(nèi)懸浮污泥量，通過回流泵將部分活性污泥回流至復合反應區(qū)。好氧MBR反應區(qū)是將中空纖維微濾膜直接放入反應器內(nèi)，反應器底部安置了曝氣器。反應器實際上兼具活性污泥法、生物膜法和膜分離三種處理過程。因此，該工藝是這三種處理方法的有效結(jié)合。

圖1 復合式膜生物反應器工藝流程圖

2 溶解氧的確定

DO對生物脫氮除磷微環(huán)境的形成有著直接的影響，生物反應器中主要存活的微生物都是好氧菌，因此生物反應器內(nèi)維持一定的DO值，對于保證生物反應器的處理效果是至關(guān)重要［2］。但DO過高，必然要增加動力消耗，特別是在本反應器中，污泥濃度比較高，本來就需要較大供氣量［3］。因此，在保證懸浮載體流動、滿足供氧和水力剪切力要求的前提下，通過試驗研究復合反應器中DO對各項污染指標去除效果的影響，從而確定合適的曝氣量，對于節(jié)省系統(tǒng)運行費用，降低處理成本，具有非常重要意義。試驗中采用兩個帶調(diào)節(jié)閥的轉(zhuǎn)子流量計對復合反應區(qū)和膜分離區(qū)曝氣量分別進行控制，為了研究方便，膜分離區(qū)曝氣量控制在0.5m3/h保持不變，復合反應區(qū)的曝氣量大小通過測定反應器內(nèi)的DO來控制(取樣時停止曝氣，用溶解氧瓶立即從填料區(qū)的中間取樣)，系統(tǒng)采用的運行條件為HRT(水力停留時間)為7小時，復合反應器內(nèi)活性污泥濃度控制在7000mg/L，膜區(qū)污泥濃度控制在9000mg/L左右，pH值控制在7～8.5之間，水溫約 20℃ 的情況下［4－6］，測定 DO 對有機物、NH3－N(氨氮)、TN(總氮)和 TP(總磷)去除效果的影響。

2.1 DO對CODcr(化學需氧量)去除效果的影響

復合膜反應器對有機物的去除來自兩方面:一方面是反應器內(nèi)附著生長和懸浮生長微生物的生物降解作用;另一方面是膜分離對污染物的截留［7，8］。為考察這兩方面的作用，分別通過測定上清液(溢流液經(jīng)濾紙過濾后的濾液)和膜出水水質(zhì)來加以研究。DO對CODcr去除效果的影響如表1和圖2。

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從圖2可見，隨著DO濃度的升高，總?cè)コ屎蜕锶コ示性黾拥内厔?，由于膜分離使污水中的難降解成分在體積有限的生物反應器中有足夠的停留時間，即使在DO很低(0.5mg/L)的條件下，系統(tǒng)仍能獲得非?？捎^的去除效果(生物去除率為81.39%，系統(tǒng)去除率為89.88%)，當DO≥2mg/L時，系統(tǒng)和生物去除率增長較為緩慢，系統(tǒng)去除率穩(wěn)定在96%左右，由圖2還可以看出，膜對總系統(tǒng)去除率的貢獻隨著DO的增大反而有所下降，這主要是由于曝氣量越大對膜面產(chǎn)生的沖刷越強，從而膜表面的動態(tài)吸附層變薄，膜通過阻力降低，使更多的粒子得以通過引起的［9］。

2.2 DO對NH3－N去除效果的影響

DO對NH3－N去除效果的影響如表2和圖3。

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圖3 DO對NH3－N去除效果的影響

從圖3可見，隨著DO濃度的升高，生物去除率和總?cè)コ示性黾拥内厔?，當DO為0.5mg/L時，反應器對的去除效果較差，生物去除率為54.11%，系統(tǒng)去除率為73.34%，出水均值為8.01mg/L，原因主要是系統(tǒng)中DO較低，微生物濃度較高，供氧不足，反應器內(nèi)主要形成缺氧及厭氧環(huán)境，抑制了硝化菌的活性。當DO增加到1.5～2.0mg/L 時，生物去除率為75.03% ～91.17%，系統(tǒng)去除率為89.10% ～95.46%，說明反應器中硝化菌活性有所增強，硝化反應進行較為完全，當DO增加到2.5mg/L以上時，反應器生物平均去除率和系統(tǒng)平均去除率均可穩(wěn)定可達到95%以上，系統(tǒng)出水基本穩(wěn)定在0.74mg/L以下，說明反應器中硝化菌活性較強，硝化反應進行徹底。

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2.3 DO對TN去除效果的影響

DO對TN去除效果的影響如表3和圖4。

從圖4可見，隨著DO濃度的升高，生物去除率和總?cè)コ示性黾拥内厔荩擠O為0.5mg/L時，反應器的去除效果較差，生物去除率為35.18%，系統(tǒng)去除率為51.53%，出水均值為16.30mg/L，這是因為好氧硝化不充分影響了厭氧反硝化。當DO增加到1.5～2.0mg/L 時，生物去除率為 46.25% ～59.66%，系統(tǒng)去除率為61.22% ～72.30%，說明反應器中反硝化作用增強，當DO增加到2.5mg/L上時，反應器的生物平均去除率增加到64.42%，系統(tǒng)平均去除率穩(wěn)定在75.44%左右，說明此時反應器內(nèi)部的好氧和厭氧環(huán)境具有良好的比例，氧滲透進入污泥絮體和生物膜時呈遞減的規(guī)律，有利于在其外部進行好氧硝化和內(nèi)部的厭氧反硝化，所以在此時脫氮效果最好。但隨著DO的繼續(xù)升高，生物和系統(tǒng)去除率均出現(xiàn)不同程度的降低，原因在于當溶解氧達到3mg/L以上時，系統(tǒng)中主要是好氧環(huán)境，抑制了系統(tǒng)中反硝化作用，導致去除率下降［10］。

2.4 DO對TP去除效果的影響

DO對TP去除效果的影響如表4和圖5。

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由圖5可看出，隨著DO的增加，系統(tǒng)對TP的去除先升高后有所降低，當DO為0.5mg/L時，反應器的去除效果較差，生物去除率為31.63%，系統(tǒng)去除率為45.86%，出水均值為2.2mg/L，原因主要是，在DO為0.5mg/L時，生物反應器中主要是缺氧或厭氧環(huán)境，聚磷菌在這種條件下主要是使其吸收的磷釋放出來，或者說是聚磷菌失去了其吸磷的性質(zhì)，導致系統(tǒng)除磷效率較低，在DO值為1.5～2.5 mg/L時，根據(jù)前面的分析，此時系統(tǒng)中存在好氧、缺氧和厭氧環(huán)境，達到了聚磷菌吸磷放磷的適宜條件，聚磷菌能積累較多的磷，在DO為2.5mg/L時，反應器的生物平均去除率和系統(tǒng)平均去除率均達到最高，分別為65.99%和74.46%。但隨著DO的繼續(xù)升高，反應器的生物和系統(tǒng)去除率均出現(xiàn)不同程度的降低，原因在于當溶解氧達到3mg/L以上時，系統(tǒng)中主要是好氧環(huán)境，系統(tǒng)中反硝化受到抑制。此時系統(tǒng)中有大量的硝酸鹽和亞硝酸鹽，從而影響了系統(tǒng)中聚磷菌的活性。

3 結(jié)論

綜合脫氮除磷效果及經(jīng)濟因素，可以認為將DO控制在2.5mg/L左右為宜。此時反應器的系統(tǒng)總?cè)コ蕿?CODcr≥96.5%、NH3－N≥97.55%、TN≥75.44%、TP≥74.46%，出水可以穩(wěn)定保證在 CODcr≤13.5mg/L、NH3－ N≤0.74mg/L、TN≤9.01mg/L、TP≤1.07mg/L。

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