短程硝化反硝化工艺是近年来开发的一种新型生物脱氮工艺，该工艺能节省曝气量和反硝化碳源，并具有污泥生成量小等一系列优点，但是短程硝化反硝化工艺的实现条件较为苛刻，常规条件下更是很难维持稳定的短程硝化反硝化。膜生物反应器（MBR）是污水生物处理与膜分离技术结合的新型处理工艺，它具有占地省、能耗少、高污泥浓度等特点。试验基于短程硝化反硝化的脱氮原理以及膜生物反应器的优点，采用前置缺氧好氧膜生物反应器作为本次试验的主要工艺，以人工配制的高氨氮，系统的研究了短程硝化的实现及其稳定运行的影响因素和活性污泥特性。

实验材料与方法

1.1原水水质

试验用水采用人工配水，即在自来水投加NH4Cl和CH3OH来模拟高氨氮废水。其中，NH4Cl的投加量由每日进水控制的氨氮浓度来确定，甲醇的投加量根据总氮的去除率﹥60%所需用量来确定。配水中可能缺乏细菌生长所必需的锰、铁、铜、锌等无机元素，因此需向反应器中投加一定浓度的营养液。废水水质参数：COD300~2500mg/L， NH4+ -N 48~1300 mg/L，pH7.8~8.4。

1.2.1 试验装置

AO-MBR反应装置由进水区、A池、O池组成，Ａ池和Ｏ池反应器采用PVC有效容积为分别为28L、70L，O池内置1片PVDF中空纤维超滤膜, 每片膜有效过滤面积为1.0m2，膜组件尺寸为 a×b×c(mm)=300×210×450，纤维内外径0.6/1.1(mm)，膜孔径0.1 μm。

1.2.2 试验设计

(1) 试验进水1.7L/h， A区采用变频搅拌器强化了水流紊动性，以更好的保持缺氧状态，有效防止污泥淤积；O区采用曝气头曝气方式，利用曝气头提高氧向水中的转移速率，强化传质效果，保证反应器内有足够的溶解氧。

(2)中空纤维膜浸没O池，运行方式是抽吸8分钟，停2分钟；O池底部设有曝气装置，主要为生化系统提供充足的氧气和持续不断的冲刷膜表面减缓膜的污染。

(3) 温控保证常温环境即24～32℃。

1.3检测方法

试验过程中需要检测NH4+ -N，MLSS，化学需氧量COD，pH值，DO，其分析方法分别为： GB7479-1987钠氏比色法，重量法，GB 11914-1989重铬酸盐法，pH酸度计，便携式溶解氧仪。

2.试验启动

2.1污泥接种与驯化

试验接种污泥取自北京某污水处理厂二沉池的回流污泥，首先将取来的污泥反复淘洗，去掉上层漂浮物和下层大块沉积物，留下颗粒细小的污泥，然后闷曝24小时，利用内源呼吸作用，使异氧菌自身消耗并去掉有毒物质，恢复活性后的污泥呈黄褐色，将污泥倒入 AO-MBR反应池中培养。此时缺氧和好氧池内的MLSS分别为3432mg/L、3568mg/L，开启鼓风机、电动搅拌机和回流泵，并向反应池中注入污水进行培养，运行一天后，按照AO-MBR工艺运行方式。

2.2系统启动与全程硝化形成

逐步提高进水负荷，逐渐降低C/N比例，使污泥渐渐适应高氨氮废水的水质环境。驯化过程中每提高一次负荷都要保证出水稳定。经过一个多月的培养，污泥基本成熟，缺氧和好氧池的MLSS分别为6483mg/L、7540mg/L，镜检生物相微生物活跃丰富。

3.试验结果与分析

3.1全程硝化的稳定运行

系统启动之后，氨氮去除效果随着系统的稳定运行而逐渐增加，进出水氨氮及氨氮去除率随运行时间的变化。

进水氨氮浓度从48.2mg/L逐渐提高到498.1mg/L，出水氨氮为平均2.3mg/L，平均氨氮去除率为99.1%，启动完成之后，硝化率长期稳定在99%以上；同时，全程硝化阶段，亚硝氮积累率仅为7.9%，说明反应器能够把亚硝氮全部转化为硝态氮。该反应装置能在较短时间内达到氨氮的稳定去除效果，反应装置启动迅速，能够缩短污泥驯化时间，很快进入较高负荷的运行状态，是一种较好的硝化反硝化反应器。

系统启动初期，反应器内硝化菌和亚硝化菌数量较少，氨氮去除效果较差，随着运行时间的延长硝化菌的数量随之增加，系统出水氨氮浓度明显下降，去除率逐步升高，较低负荷时，经11天后达到99%以上，逐渐加大负荷，系统经过几天的稳定，氨氮去除效果良好。

在此阶段运行期间平均进水COD浓度为408.76 mg/L；出水COD平均值36.70mg/L；COD最大去除率为94.7%，最低去除率为72.4%，平均去除率为90.3%。即使在有大的冲击负荷时，系统 COD 去除效果仍比较好。

AO-MBR对有机物的去除效果来自两个方面：一方面是膜生物反应器中微生物对有机物的降解，由于膜的截留作用，膜生物反应器内形成高浓度的生物种群，能够达到较高的MLSS，使得MBR系统中生物降解作用增强；另一方面是膜对大分子有机物质的截留作用，大分子物质可以被截留在好氧反应器内，获得比传统活性污泥法更多的与微生物接触反应时间，并有助于某些专性微生物的培养，提高有机物的去除效率[5]。

COD去除率和氨氮去除率不会同时达到最大值。硝化菌是一类自养菌，有机基质的浓度并不是它的生长限制因素，但若有机基质浓度过高，会使生长速率较高的异氧菌迅速繁衍，争夺溶解氧，从而使自养菌的生长缓慢且好氧的硝化菌得不到优势，结果降低硝化速率。因此出于对生存空间的竞争，在一定的基质浓度条件下自养菌和异养菌不会同时处于最高效状态。

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