摘要：采用浸沒式膜生物反應(yīng)器(SMSBR)處理焦化廢水的反廢水試驗結(jié)果表明：膜的截留作用可使硝化菌在反應(yīng)器內(nèi)富集而有利于提高系統(tǒng)的硝化能力，其去除氨氮的應(yīng)器最高負(fù)荷為0.19kg/(m³·d)，出水氨氮＜1mg/L(去除率為99%)；泥齡長可能使微生物的去除代謝產(chǎn)物或其他大分子物質(zhì)積累，從而抑制硝酸鹽細(xì)菌的焦化活性，導(dǎo)致NO₂^-積累而有利于短程脫氮的氨氮進(jìn)行，但泥齡過長也會影響亞硝酸鹽細(xì)菌的反廢水活性，從而影響對氨氮的應(yīng)器處理效果。整個系統(tǒng)的去除硝化效果主要受溫度、pH值、焦化DO、氨氮沖擊負(fù)荷等因素的反廢水影響。

關(guān)鍵詞：SMSBR 焦化廢水 硝化 NO2-積累 短程脫氮

Use of SMSBR for Removal of Ammonia Nitrogen from Coke Wastewater

　　Abstract：A submerged membrane sequencing batch bioreactor was used to treat coke wastewater.Long running performance showed that due to the membrane interception,the nitrobacter is enriched in reactor in the interest of improving the nitrification rate;the maximum ammonia nitrogen loading can be 0.19 kg/(m3·d) with effluent ammonia nitrogen＜1 mg/L (removal rate 99%).Long sludge retention time may result in the accumulation of metabolic products and high molecular materials,and thus inhibiting activity of nitrate bacteria (nitrobacter) and causing a ccumulation of NO₂^-,which is beneficial to the running of short-cut denitrif ication.However,too long retention time will affect the activity of nitrite bacteria (nitrosomonas),detrimental to the treatment effect of ammonia nitrogen.The nitrification effect in the whole system is mainly influenced by temperature,pH, DO,and shock loading.
　　Keywords:SMSBR; coke wastewater; nitrification; NO₂^-accumulation; short-cut denitrification

　　焦化廢水含氮量高且含有大量有毒和難降解物質(zhì)，應(yīng)器若采用傳統(tǒng)生物處理工藝不但流程較長，去除處理效果也較難達(dá)到要求，焦化而膜生物反應(yīng)器通過膜分離強化了生物處理效果，氨氮克服了傳統(tǒng)工藝的弊端［1］。[HJ]由于膜的截留作用使微生物不會隨出水流失，同時大分子難降解物質(zhì)和微生物的代謝產(chǎn)物也被保留在反應(yīng)器內(nèi)，其中有些物質(zhì)可能對微生物的生理活動產(chǎn)生一定影響，使得膜生物反應(yīng)器在去除氨氮的過程中具有不同于普通活性污泥法的特點。

1 試驗材料和方法

1.1 裝置及材料
　　膜生物反應(yīng)器裝置如圖1所示。反應(yīng)器容積為15L，膜組件采用PVDF中空纖維微濾膜，孔徑為0.15μm，膜面積為0.22m²。

1.2 運行條件
　　生物反應(yīng)器的運行分為兩階段：第一階段(1999年9月27日—2000年8月1日)按缺氧—好氧方式運行，周期為24h，其中缺氧進(jìn)水為6h、曝氣反應(yīng)為15h、膜排水為2h(排水量為11L)、閑置為1h；第二階段(2000年8月2日—2000年9月23日)按缺氧—好氧方式運行(9月2日—9月23日排水量減為8L)，周期仍為24h，即缺氧進(jìn)水為3.5h、曝氣為15h、缺氧攪拌為3.5h、曝氣排水為2h(或缺氧進(jìn)水為3h、曝氣為15h、缺氧攪拌為4.5h、曝氣排水為1.5h)。
　　出水由蠕動泵經(jīng)膜排出，蠕動泵每抽吸10min則間歇5min，通過膜組件下部曝氣產(chǎn)生的水流剪切作用同時輔以膜組件的垂直運動來控制由于膜污染引起的通量衰減。試驗期間基本沒有排泥，污泥增長緩慢，經(jīng)核算泥齡為600d。
1.3 原水水質(zhì)
　　原水為上海焦化廠初沉池出水，其氨氮含量為61.5～270mg/L。
1.4 分析方法
　　COD：快速法；氨氮：滴定法；NO₃^-N：紫外分光光度法；NO₂^-N：α萘胺光度法。

2 結(jié)果與分析

2.1 污泥培養(yǎng)及反應(yīng)器啟動
　　1999年8月19日取寶鋼焦化廠的回流污泥(MLSS=3338mg/L)作為接種污泥，在18L的容器中進(jìn)行馴化。馴化期內(nèi)按SBR工藝運行(進(jìn)水為6h、曝氣為16h、沉淀排水為2h、排水量為8L)。將上海焦化廠調(diào)節(jié)池出水用自來水按1∶1稀釋(COD約為570mg/L)作為進(jìn)水，4d后稀釋比例變?yōu)?∶1(COD約為780mg/L)，再經(jīng)4d后變?yōu)?∶1，到8月30日直接用原水(COD約為1150mg/L)作為進(jìn)水。9月26日將污泥經(jīng)沉淀濃縮后移入15L的反應(yīng)器，同時開始用膜排水(排水量變?yōu)?1L)。
2.2 系統(tǒng)的硝化效果
　　運行初期在保證一定溫度、pH值、DO的條件下，進(jìn)水氨氮＜240mg/L時的出水氨氮均為5mg/L以下，達(dá)到了很好的氨氮去除效果。春季硝化啟動后系統(tǒng)進(jìn)、出水氨氮的變化見圖2，相應(yīng)的污泥負(fù)荷與污泥濃度的變化見圖3。

　　由于采用了膜生物反應(yīng)器，系統(tǒng)的硝化具有以下幾方面的特點：
　　① 強化了對氨氮的去除
　　運行初期微生物代謝產(chǎn)物的積累比較少，微生物的活性尚未受到影響，此時系統(tǒng)具有較高的處理效率，以氨氮去除計算的容積負(fù)荷最高可達(dá)0.19kg/(m³·d)，而出水氨氮＜1mg/L，對氨氮的去除率為99.9%；若采用A/A/O工藝處理水質(zhì)相似的廢水，當(dāng)進(jìn)水氨氮負(fù)荷＜0.1kg/(m³·d)時才能保證出水氨氮＜10mg/L，而氨氮負(fù)荷＞0.18kg/(m³d)時，出水氨氮＞40mg/L，去除率降至50%以下。
　　采用膜生物反應(yīng)器可以取得很好的氨氮去除效果的原因在于：在反應(yīng)器內(nèi)保持了較高的污泥濃度，降低了F/M值，減弱了異養(yǎng)菌對DO的競爭，有利于硝化反應(yīng)的進(jìn)行；反應(yīng)器內(nèi)微生物絮體較活性污泥法的細(xì)碎，污泥呈分散生長，有利于氧的傳質(zhì)；膜的截留作用使微生物不會隨出水流失，硝化菌得以在反應(yīng)器內(nèi)富集成為優(yōu)勢菌種，使氨氮的轉(zhuǎn)化更為徹底。
　　② 短程脫氮
　　反應(yīng)器運行初期未受溫度影響時，進(jìn)水氨氮基本轉(zhuǎn)化為NO₃^-N而無NO₂^-N的積累。經(jīng)過冬季運行后硝化作用完全受到抑制，次年5月溫度回升至23℃后硝化作用迅速啟動，出水氨氮在5d內(nèi)降至1mg/L以下，其主要轉(zhuǎn)化產(chǎn)物為NO₂^-N，而NO₃^-N的濃度一直保持在較低水平(大部分時間在10mg/L以下)。各個時期硝化效果的比較見表1。

　　氨氮→NO₂^-→N₂的反應(yīng)過程通常稱為短程脫氮，它避免了硝化時NO₂^-被轉(zhuǎn)化為NO₃^-，反硝化時又被還原為NO₂^-的無效循環(huán)，理論上可以節(jié)省40%的碳源和25%的供氣量［2］，而且根據(jù)W.Bae等的研究也表明由NO₂^-進(jìn)行的反硝化速率是由NO₃^-開始的反硝化的4.3倍，硝化停留在NO₂^-N階段有利于反硝化的進(jìn)行。
　　但是，過長的泥齡也會影響亞硝酸鹽細(xì)菌的活性，導(dǎo)致對氨氮的去除效果變差，影響系統(tǒng)整體的脫氮效果，這說明硝酸鹽細(xì)菌的活性已經(jīng)受到了影響。是否可以通過控制排泥量使代謝產(chǎn)物的積累濃度保持在僅影響硝酸鹽細(xì)菌的范圍內(nèi)，使反應(yīng)停留在NO₂^-N階段而又不影響氨氮的轉(zhuǎn)化率則有待進(jìn)一步研究。