近年 來 ，膜生物反應(yīng)器(MBR)由于處理效果好、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)日益受到污水處理界的關(guān)注〔i,2)。目前MBR在國內(nèi)外的研究發(fā)展很快，主要包括:一是生化處理和工藝運(yùn)行參數(shù)的影響;二是膜成套技術(shù)的研制;三是膜分離影響因素。尤其是在脫氮除磷研究和開發(fā)方面進(jìn)展很快。

　　1 MBR不同工藝對氮的去除研究

　　1.1 MBR工藝處理高濃度氨氮廢水技術(shù)

　　國內(nèi) 外 對 于含氨氮(NH4+-N )廢水的處理方法主要采用生物脫氮處理法，國內(nèi)外對低濃度含氨氮廢水的研究已經(jīng)比較成熟。這段時(shí)間的研究主要集中在用MBR對高濃度氨氮廢水處理方面。由于MBR膜的完全截留作用使得膜生物反應(yīng)器的水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間可以完全分開，同時(shí)反應(yīng)器維持很高的MLSS，使得反應(yīng)器里硝化菌的大量積累有了可能，為處理高濃度氨氮廢水創(chuàng)造了條件。

　　王穎 采 用 缺氧/好氧MBR處理食品廢水的試驗(yàn)中，在進(jìn)水氨氮高達(dá)400 - 660 mg/L時(shí)，取得了91%的硝化效果(3)。而高蒙春在利用浸沒式MBR和傳統(tǒng)活性污泥法處理高濃度氨氮廢水的對比試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，SRT為 24 h時(shí)，進(jìn)水氨氮為180 - 1300 mg/L，浸沒式MBR中的氨氮幾乎全部硝化，而傳統(tǒng)活性污泥法氨氮的硝化率只有91%(4)。有人采用一體式浸沒式MBR處理高濃度氨氮廢水，研究結(jié)果表明，進(jìn)水COD>100 mg/L,氨氮340 mg/L時(shí)，出水平均氨氮<3 mg/L,去除率>99%(5)。而李紅巖等利用相同的膜生物反應(yīng)器處理高濃度氨氮廢水，在進(jìn)水氨氮濃度逐漸增加到2 000 mg/L;進(jìn)水氨氮的容積負(fù)荷為2.0 kg/(m3"d)情況下，去除率依然達(dá)到了99%，而且系統(tǒng)比較穩(wěn)定 (6)0從各個(gè)研究結(jié)果來看，總體上MBR對去除高濃度氨氮廢水的效果甚佳，且比較穩(wěn)定。

　　1.2 MBR工藝脫氮技術(shù)

　　在好 氧 生 化池內(nèi)氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮只是氮的形態(tài)發(fā)生了變化，總氮的數(shù)量并沒有減少。為了提高總氮去除率，張西旺等在一體式MBR前增設(shè)缺氧區(qū)和回流裝置，形成好氧/缺氧運(yùn)行方式，獲得了對高濃度氨氮下總氮很好的去除。沒有增設(shè)缺氧區(qū)和回流裝置的情況下，進(jìn)水NH4+- N為100mg/L時(shí)TN去除率只有60%，而在設(shè)置了缺氧區(qū)后，去除率達(dá)%.0%，其原因就是缺氧區(qū)設(shè)置后給反硝化菌提供了充足的有機(jī)物和反應(yīng)場所，避免了由于硝酸鹽和亞硝酸鹽的積累對硝化反應(yīng)的限制，出水TN達(dá)建設(shè)部生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)〔710研究 表 明 ，在好氧MBR里加生物載體填料，可以取得對NH4+-N和TN很高的去除效果，由于反應(yīng)器中高濃度的污泥有利于在污泥絮體中形成好氧區(qū)和厭氧區(qū)，而且，填料載體掛膜充分后，膜表面同樣也會形成立體的好氧一缺氧層遞層，客觀上為在同一個(gè)反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化創(chuàng)造了條件。試驗(yàn)出水結(jié)果表明，在 DO ,pH等因素控制得當(dāng)?shù)那闆r下系統(tǒng)對NH4+一N和TN平均去除率分別達(dá)到了93.0%,88.9%1'1，比傳統(tǒng)的工藝效果要好。齊唯等在浸沒式MBR中對同步硝化反硝化效應(yīng)進(jìn)行了研究，得出氧的傳遞是影響同步硝化反硝化的主要因素;系統(tǒng)pH也是通過影響微環(huán)境中氧的傳遞，進(jìn)而影響同步硝化反硝化作用的，在一定的條件下，取得了對NH4+一N為81%和TN為84%的去除率〔9-111有些研究人員在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)了短程硝化和反硝化的現(xiàn)象〔12,13]，李春杰等研究了浸沒式MBR處理化廢水中的短程硝化反硝化，在試驗(yàn)運(yùn)行初期，由于泥齡短使微生物代謝產(chǎn)物未得到充分積累，硝化過程進(jìn)行得非常徹底;然后在高效短程硝化的基礎(chǔ)上進(jìn)行反硝化，當(dāng)單位SS反硝化負(fù)荷<0.174k擴(kuò)(kg- d),HRT> 8.44 h時(shí)，可實(shí)現(xiàn)反硝化率81.34%，此時(shí)外加碳源m(COD):m(N)為2.1:1(14]0相 比于 傳 統(tǒng)活性污泥法，MBR里的污泥絮體比較松散，可能不利于剩余污泥的處理和反硝化的發(fā)生。對比投加粉末活性炭(PAC)和未投加PAC的MBR系統(tǒng)的脫氮效果發(fā)現(xiàn)，投加了PAC后的MBR系統(tǒng)中，污泥絮體尺寸增大，可在絮體內(nèi)部形成缺氧區(qū)，更加有利于反硝過程的發(fā)生，反硝化去除率>96%〔(巧 15，,16

　　2 MB R 不 同 工 藝 對 磷 的 去 除 研 究

　　MB R 去 除磷的工藝與常規(guī)活性污泥法基本上相同，國內(nèi)外對除磷工藝的研究不少，一般采用A/0和SBR的形式，多數(shù)是和脫氮聯(lián)用，A/0膜法是研究得比較多的一種工藝，有人對比了有厭氧和無厭氧情況下該工藝的除磷情況，發(fā)現(xiàn)沒有厭氧環(huán)境，TP的去除率只有22%，而在有厭氧段(A/0)的情況下，TP的去除率可達(dá)70%(");B.K ocadagistan采用在上流式厭氧固定床后的好氧反應(yīng)器里面放置了微濾膜的形式，獲得了對氮和磷>94%的去除率〔’“’，不過該工藝成本比較高，現(xiàn)階段難以大規(guī)模的推廣;P.A.C astillo等采用生物膜一膜反應(yīng)器處理含磷廢水，在有機(jī)負(fù)荷率為159 mg/(cm 2"d)的條件下，磷的去除率達(dá)72%('9)。由于除磷菌的世代時(shí)間較短，SRT是一個(gè)比較重要的參數(shù)，為了盡量避免SRT過長帶來的負(fù)面影響，于是有人在強(qiáng)化生物除磷工藝(EBPR)的好氧段旁邊放置膜組件，無論采用前置反硝化方式還是后置反硝化方式，都取得了令人滿意的除磷效果，在SRT為25 d的情況下，依然取得了TP > 97%的去除率，后置反硝化在運(yùn)行良好時(shí)同樣曾經(jīng)獲得了很好的TP和TN的去除效果，分別為 99%,94% (20.211。而Halil Hasar在對浸沒式膜生物反應(yīng)器(SMBR)和傳統(tǒng)活性污泥法(CASP)工藝進(jìn)行對比研究中發(fā)現(xiàn)，SMBR的運(yùn)行方式在SRT為50d，好氧時(shí)DO在1.9-4 mg/L，進(jìn)水TP為19.0 mg/L的情況下，取得了出水TP < 1 mg/L的去除效果〔22)。這表明采用MBR完全可以實(shí)現(xiàn)高效脫氮除磷。由于 許 多 工藝的差異，尤其是膜組件性能因素，導(dǎo)致不是每一種MBR工藝對除磷效果都能達(dá)到要求，在環(huán)境的要求越來越高使得出水排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格的情況下，有時(shí)只依靠生物除磷出水經(jīng)常難以達(dá)標(biāo)，MBR工藝中也常采用投加絮凝劑以共沉淀模式來提高磷的去除效果，研究表明，當(dāng)n(Al): n( TP)為1.5，進(jìn)水TP為4.3一5.3 mg/L日寸，出水TP可以降到0.5 mg/L，達(dá)到TP < 1 mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)(23)。遲軍等人基于磷的難溶金屬鹽化學(xué)沉淀物很難透過超濾膜的現(xiàn)象，在反應(yīng)器內(nèi)通過投加鋁鹽的方式除磷，獲得了82% 的去除率，使出水中TP< 0 .5m g/L('')o

　　3 微生物學(xué)在脫氮除磷方面的研究進(jìn)展

　　微生 物 在 廢水生物處理過程中起關(guān)鍵作用，然而由于受到傳統(tǒng)分析手段和方法的限制，對水處理過程尤其是脫氮除磷過程的微生物學(xué)，認(rèn)識還有待進(jìn)一步提高 (25)。對MBR來說，由于膜的截留以及曝氣在膜表面產(chǎn)生的剪切力，使得好氧生物反應(yīng)器中的污泥性能、微生物群落以及生物動力學(xué)都不同于常規(guī)活性污泥法。MBR中的污泥顆粒細(xì)小、豁性大、結(jié)構(gòu)松散、活性低，并且沉降性能和脫水性能差〔26對脫氮除磷帶來很大的影響。而磷的最終去除必須靠排剩余污泥來實(shí)現(xiàn)，因此全面了解聚磷菌的生理生化特性是十分重要的。

　　3.1 常規(guī)活性污泥法中的微生物技術(shù)

　　微生 物 群 落決定著污泥特性，同時(shí)微生物群落的組成也決定著系統(tǒng)脫氮除磷的效果，而目前對有關(guān)MBR中的微生物及其生物動力學(xué)特性知之甚少〔27)0由于傳統(tǒng)的分析手段的局限性，我們必須建立新的分析技術(shù)和手段來深人了解MBR中活性污泥中的微生物群落結(jié)構(gòu)及其多樣性。人們在實(shí)驗(yàn)研究的過程中不斷改進(jìn)方法。Andrew Amis Randall在研究中利用不同的揮發(fā)脂肪酸(WAS)發(fā)現(xiàn):當(dāng)作為碳源的聚輕基脂肪酸醋(PHA)主要以3一經(jīng)基丁酸(3HB)的形態(tài)存在時(shí)比以3一經(jīng)基戊酸(3HV)的形態(tài)存在時(shí)更容易促進(jìn)好氧吸磷(28);而由脂肪酸(MFAS)測量方法改進(jìn)而來的醋肪酸異丙基醋方法在定量測定活性污泥法中尤其是在測定由于微生物群落的構(gòu)成的改變而導(dǎo)致的活性污泥的質(zhì)量變化時(shí)取得了很好的效果〔293;好氧呼吸速率(OUR)也被研究人員常用來表征生物的生長和活性〔301。但是上述方法只是從宏觀上反映反應(yīng)器中微生物的變化，并不能從微觀上體現(xiàn)外部條件變化帶來的生物的多樣性和群落的變化。

　　3.2 MBR工藝中的微生物技術(shù)

　　隨著 現(xiàn) 代 分子生物學(xué)的發(fā)展，以核酸雜交技術(shù)為主要內(nèi)容的分子生物等技術(shù)，為研究生物群落構(gòu)成及其多樣性提供了新的強(qiáng)有力的方法和手段。到目前為止，人們對活性污泥系統(tǒng)中何種微生物對除磷起主要作用仍不清楚，不過由于現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展，利用基于除磷活性污泥樣品的核酸雜交技術(shù)克隆基因庫構(gòu)建專一性探討，結(jié)合細(xì)胞內(nèi)聚磷酸鹽顆粒的特殊染色技術(shù)，R.P. X. H esselmann(31〕等和G.R .Crocetti(32) 等利用顯微鏡對除磷微生物進(jìn)行原位觀察和鑒定，利用對B-Proteobacteria專一性的探討鑒定了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的除磷反應(yīng)器中占優(yōu)勢的微生物種群。雖然上述研究都是在常規(guī)活性污泥法中完成的，但不妨礙他們在MBR中的應(yīng)用。當(dāng)MBR長時(shí)間不排泥，使MLSS維持在很高的濃度時(shí)，污泥濃度的增長是一條開始增長較快，爾后逐漸趨于平緩的曲線，常規(guī)方法解釋不了該現(xiàn)象的發(fā)生，利用熒光原位雜交技術(shù)(FISH)對常規(guī)活性污泥法和MBR內(nèi)染色細(xì)胞進(jìn)行定位分析，結(jié)果表明，MBR里的高污泥濃度利用自身能量維持新陳代謝，而不是處于生理增長的狀態(tài)(33)。而且 FISH和變性梯度凝膠電泳(DGGE)的分析結(jié)果也表明:MBR中的微生物群落和其多樣性，不同于常規(guī)活性污泥;MBR適宜于氨氧化菌的生長;MBR中的硝化菌通常為不同形狀的串狀，小顆粒污泥中的硝化菌含量高于其在大顆粒污泥的含量〔2730而LuisaS .Se rafim等則利用另一項(xiàng)現(xiàn)代監(jiān)測手段核磁共振(NMR)使得在線監(jiān)測細(xì)胞中的能量變化成為了可能〔341。另外間歇缺氧/好氧條件的SMBR中，被認(rèn)為是間歇曝氣SMBR中硝化和反硝化過程中占優(yōu)勢的兩種菌種:亞硝化單胞菌和反硝化產(chǎn)堿菌，它們的占優(yōu)勢醒是ubinone-8。間歇好氧/缺氧條件下，懸浮微生物中微生物的多樣性，通過苯釀圖譜里的組成可以以摩爾分?jǐn)?shù)表示出來〔351。因此研究微生物的生物學(xué)機(jī)理，對MBR的開發(fā)具有重要意義。

　　4 MBR在城市污水處理中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

　　MB R 以 其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在廢水需要回用和占地有限制的場合具有獨(dú)到的優(yōu)勢。MBR對有機(jī)物和氨氮都有很好的去除效果，但是與傳統(tǒng)活性污泥法相比，MBR脫氮除磷的技術(shù)總體來說還不是很完善，工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不太多，很多研究成果還只停留在實(shí)驗(yàn)室階段。MBR處理目標(biāo)一般是回用水標(biāo)準(zhǔn)，但單獨(dú)依靠生物法還是難以穩(wěn)定達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)，生物脫氮除磷的效果一直都不是很好，在這方面將來研究的重點(diǎn)主要是以下幾點(diǎn)。

　　(1) MB R 工作條件下生物脫氮除磷的生物學(xué)機(jī)理，微生物尤其是除磷菌(PAOs)的機(jī)理，研究它們有助于我們根據(jù)不同處理要求篩選出高效而穩(wěn)定的專性脫氮除磷菌種，從而研究出新型的高效脫氮除磷工藝。

　　(2) 新 型 MBR脫氮除磷工藝和相關(guān)研究成果的示范工程及推廣。目前的MBR工藝基本上都是基于傳統(tǒng)的污水處理工藝上加膜而形成的MBR,所確立的數(shù)學(xué)模型也都有相應(yīng)的局限性。應(yīng)研究開發(fā)更加適合于MBR工藝特點(diǎn)的新型工藝，如生物膜(固定生物)-MBR等工藝。一方面有利于設(shè)計(jì)規(guī)范的制定;另一方面又能在提高脫氮除磷效果的同時(shí)又可以減少后續(xù)污泥的處理成本。

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