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摘要：随着水体富营养化问题的加剧，越来越多的国家和地区制定了严格的污水有机物和氮磷营养物的排放标准，对氮元素涉及的控制指标由单一的氨氮发展到硝态氮、总氮，对氮元素的排放标准越来越严格。本试验研究了移动床生物膜反应器同步硝化反硝化脱氮工艺处理低浓度生活污水的可行性和影响因素。
关键词：同步硝化反硝化脱氮；MBBR反应器；溶解氧
【分类号】：X703
1.试验装置和方法
1.1试验装置
本试验装置为北京科技大学学生公寓一号楼地下室的中水处理工艺及设备。其中一级生物反应器为主要试验装置，其容积为1.8m3，尺寸1.5m×1.5m×0.8m，有效水深0.6m，有效容积1.35 m3。
1.2研究方法
在MBBR反应器中以低浓度生活污水为进水，用某城市污水处理厂回流污泥接种。并在MBBR 反应器中投加2种不同的填料，控制试验条件，进行污泥的驯化和载体挂膜。通过考察COD去除量、氨氮去除量、总氮的去除量和出水中各种形态氮的含量评价脱氮效果和驯化、挂膜结果，同时考察DO浓度对试验结果的影响。
2.移动床生物膜反应器脱氮效能研究
2.1实验用水
试验所用污水取自北京科技大学1#学生公寓洗浴废水。该污水为低浓度生活污水。
2.2启动阶段运行效果分析
2.2.1 COD去除效果
进水COD浓度在40～70mg/L之间，平均浓度为55.3mg/L，比较稳定。在启动阶段的16天内，系统对COD的去除率呈逐渐升高趋势，去除率从第一天的41.7%提高到第16天的72.7%，反应器的最终出水COD值在10mg/L左右。
2.2.2氨氮去除效果
进水NH3-N浓度在1.00～2.38mg/L之间变化，平均浓度为1.54mg/L。随着培养时间的延长，系统对NH3-N的去除率在逐步升高，由初期的45.27%左右升高到第9天的66.22%，在后续运行的过程中，硝化效果良好并趋于稳定，说明反应器内已经存在了较高浓度的硝化细菌。到第16天时，氨氮的去除率达到了70.62%，说明反应器的启动基本成功，可以进入后续的正式运行阶段。
2.2.3总氮去除效果
进水TN浓度在2.6～4.7mg/L之间，平均浓度为3.5mg/L，比较稳定。在启动阶段的16天内，系统对TN的去除率呈逐渐升高趋势，去除率从第一天的4.5%提高到第16天的30.7%。
2.3反应器正式运行阶段去除效能研究
（1） COD去除效果
污水生物处理反应器对有机物的去除能力是评价反应器性能的最主要指标之一，而COD是污水处理中用来表征污水中有机物含量的常用指标，正式运行期间移动床生物膜反应器对COD的去除效果。移动床生物膜反应器对有机物具有良好的处理效能，并具有较高的抗水质负荷冲击能力，能稳定运行。正式运行期间反应器对COD的总平均去除率达到76.91%，最低去除率为62.51%，最高可达93.13%。
（2） LAS去除效果
正式运行期间进水LAS浓度为0.12～1.68mg/L，平均浓度为0.71mg/L，反应器对LAS的去除效果，进水LAS浓度波动较大，而出水却相当稳定，出水LAS浓度在0.02～0.36mg/L之间，平均出水浓度为0.14mg/L，说明移动床生物膜反应器对LAS具有良好的处理效能，并具有较高的抗水质负荷冲击能力，运行较稳定。正式运行期间反应器对LAS的总平均去除率达到76.70%，最高可达93.67%。
（3）氨氮去除效果
正式运行期间进水氨氮浓度为0.24～4.7mg/L，平均浓度为2.0mg/L，反应器对氨氮的去除效果，进水氨氮浓度波动较大，而出水却相当稳定，出水氨氮浓度在0.08～0.6mg/L之间，平均出水浓度为0.3mg/L，说明移动床生物膜反应器对氨氮具有良好的处理效能，并具有较高的抗水质负荷冲击能力，运行较稳定。正式运行期间反应器对氨氮的总平均去除率达到77.13%，最高可達90.56%。
（4）总氮去除效果
试验期间进水总氮为1.34～5.7mg/L，平均值为3.0mg/L，移动床生物膜反应器对总氮的去除效果。试验结果表明，进水总氮浓度波动较大，反应器对总氮的去除效果在运行期间起伏变化比较明显，但对总氮的去除还具有一定的处理效能，处理后出水总氮浓度平均1.7mg/L，最低0.94mg/L。总氮的平均去除率达到41.4%，最高可达50.7%。因而通过污泥合成去除的氮量非常有限。根据碳源的降解途径和剩余污泥的数量两个方面说明，在移动床生物膜反应器中存在着同步硝化——反硝化现象。
3.反应器内生物量变化
3.1 DO浓度控制装置
本试验装置中央控制单元采用可编程PLC控制系统，实现了自动化运行管理。系统具有手动和自动两种控制方式，自动时通过可编程控制器设置设备运转的延时，并通过水池上的传感器控制潜水泵的运转和水位高度。因此本装置的自动化控制系统可根据水质的变化随时改变运行参数，保证了系统的运行效果。
3.2 DO浓度控制方法
DO浓度的控制是提高SND脱氮效果的重要方式，系统中DO浓度既不能太高，也不能太低。据文献报道认为，活性污泥法中SND的最佳DO浓度范围为0.5～3.0mg/L，而生物膜法的D0浓度比活性污泥法的稍高，研究结果主要集中在1.0～5.0mg/L范围内。因此，本试验在进行生物膜法中DO浓度对SND的影响研究中，在HRT时间为9h，pH值为7.5条件下，通过控制曝气量来调整DO浓度进行实验。
3.2 D0浓度对TN去除效果研究
DO对TN的去除影响很大，进水浓度，出水浓度变化均较大。从去除率可以发现，当DO质量浓度为4～5mg/L以上时，TN的去除率在35%左右。这是因为DO质量浓度很高时，DO能穿透到生物膜内部，使其内部难以形成缺氧区，大量的氨氮被氧化为硝酸盐和亚硝酸盐，使得出水TN质量浓度仍然很高。由此可以判断该DO质量浓度条件下硝化和反硝化两个过程达到动力学平衡，使得MBBR可实现良好的同步硝化反硝化生物脱氮，TN去除率在70%以上。 当DO质量浓度进一步降低为1mg/L时，悬浮填料生物膜发黑，能形成较大比例缺氧层，所以反硝化能力增强，但由于DO供应不足，MBBR工艺硝化效果下降，使得出水氨氮浓度上升，从而导致出水TN质量浓度上升，但仍可实现50%左右的TN去除效果
3.3 DO浓度脱氮影响小结
当DO浓度在1.0mg/L左右时，即在较低的DO浓度下，不利于硝化反应的进行，出水TN中氨氮占了多数；此时有利于反硝化反应的进行，出水中硝态氮含量很少。
当DO浓度在2.0mg/L左右时，出水TN浓度较低。总氮去除率达到最高的70%左右，硝氮，氨氮含量均较低，有利于同步硝化反硝化地进行。
当DO浓度在3.0mg/L左右时，氨氮去除率达到90%以上，但硝氮，亚硝氮含量上升，总氮去除率较低。
当DO浓度在4.0～5.0mg/L左右时，氨氮去除率达到94%以上，但硝氮，亚硝氮含量继续上升，总氮去除率较低。
由此可见，要得到较高的TN去除率，DO浓度既不能太高也不能太低。从以上试验数据可知，在DO=1.5～2.0mg/L时，TN去除率最高，达70%。低于此DO时由于出氨氮含量太高造成TN去除率降低；反之，当高于此DO时由于出水中硝氮量太高同样造成TN去除率下降。
参考文献：
[1]郑平，徐向阳，胡宝兰.新型生物脱氮理论与技术.北京二科学出版社，2004，5.
[2]王宝贞，王琳.水污染治理新技术—新工艺、新理念、新理论.北京：科学出版社，2004，1.
关键词：同步硝化反硝化脱氮；MBBR反应器；溶解氧
【分类号】：X703
1.试验装置和方法
1.1试验装置
本试验装置为北京科技大学学生公寓一号楼地下室的中水处理工艺及设备。其中一级生物反应器为主要试验装置，其容积为1.8m3，尺寸1.5m×1.5m×0.8m，有效水深0.6m，有效容积1.35 m3。
1.2研究方法
在MBBR反应器中以低浓度生活污水为进水，用某城市污水处理厂回流污泥接种。并在MBBR 反应器中投加2种不同的填料，控制试验条件，进行污泥的驯化和载体挂膜。通过考察COD去除量、氨氮去除量、总氮的去除量和出水中各种形态氮的含量评价脱氮效果和驯化、挂膜结果，同时考察DO浓度对试验结果的影响。
2.移动床生物膜反应器脱氮效能研究
2.1实验用水
试验所用污水取自北京科技大学1#学生公寓洗浴废水。该污水为低浓度生活污水。
2.2启动阶段运行效果分析
2.2.1 COD去除效果
进水COD浓度在40～70mg/L之间，平均浓度为55.3mg/L，比较稳定。在启动阶段的16天内，系统对COD的去除率呈逐渐升高趋势，去除率从第一天的41.7%提高到第16天的72.7%，反应器的最终出水COD值在10mg/L左右。
2.2.2氨氮去除效果
进水NH3-N浓度在1.00～2.38mg/L之间变化，平均浓度为1.54mg/L。随着培养时间的延长，系统对NH3-N的去除率在逐步升高，由初期的45.27%左右升高到第9天的66.22%，在后续运行的过程中，硝化效果良好并趋于稳定，说明反应器内已经存在了较高浓度的硝化细菌。到第16天时，氨氮的去除率达到了70.62%，说明反应器的启动基本成功，可以进入后续的正式运行阶段。
2.2.3总氮去除效果
进水TN浓度在2.6～4.7mg/L之间，平均浓度为3.5mg/L，比较稳定。在启动阶段的16天内，系统对TN的去除率呈逐渐升高趋势，去除率从第一天的4.5%提高到第16天的30.7%。
2.3反应器正式运行阶段去除效能研究
（1） COD去除效果
污水生物处理反应器对有机物的去除能力是评价反应器性能的最主要指标之一，而COD是污水处理中用来表征污水中有机物含量的常用指标，正式运行期间移动床生物膜反应器对COD的去除效果。移动床生物膜反应器对有机物具有良好的处理效能，并具有较高的抗水质负荷冲击能力，能稳定运行。正式运行期间反应器对COD的总平均去除率达到76.91%，最低去除率为62.51%，最高可达93.13%。
（2） LAS去除效果
正式运行期间进水LAS浓度为0.12～1.68mg/L，平均浓度为0.71mg/L，反应器对LAS的去除效果，进水LAS浓度波动较大，而出水却相当稳定，出水LAS浓度在0.02～0.36mg/L之间，平均出水浓度为0.14mg/L，说明移动床生物膜反应器对LAS具有良好的处理效能，并具有较高的抗水质负荷冲击能力，运行较稳定。正式运行期间反应器对LAS的总平均去除率达到76.70%，最高可达93.67%。
（3）氨氮去除效果
正式运行期间进水氨氮浓度为0.24～4.7mg/L，平均浓度为2.0mg/L，反应器对氨氮的去除效果，进水氨氮浓度波动较大，而出水却相当稳定，出水氨氮浓度在0.08～0.6mg/L之间，平均出水浓度为0.3mg/L，说明移动床生物膜反应器对氨氮具有良好的处理效能，并具有较高的抗水质负荷冲击能力，运行较稳定。正式运行期间反应器对氨氮的总平均去除率达到77.13%，最高可達90.56%。
（4）总氮去除效果
试验期间进水总氮为1.34～5.7mg/L，平均值为3.0mg/L，移动床生物膜反应器对总氮的去除效果。试验结果表明，进水总氮浓度波动较大，反应器对总氮的去除效果在运行期间起伏变化比较明显，但对总氮的去除还具有一定的处理效能，处理后出水总氮浓度平均1.7mg/L，最低0.94mg/L。总氮的平均去除率达到41.4%，最高可达50.7%。因而通过污泥合成去除的氮量非常有限。根据碳源的降解途径和剩余污泥的数量两个方面说明，在移动床生物膜反应器中存在着同步硝化——反硝化现象。
3.反应器内生物量变化
3.1 DO浓度控制装置
本试验装置中央控制单元采用可编程PLC控制系统，实现了自动化运行管理。系统具有手动和自动两种控制方式，自动时通过可编程控制器设置设备运转的延时，并通过水池上的传感器控制潜水泵的运转和水位高度。因此本装置的自动化控制系统可根据水质的变化随时改变运行参数，保证了系统的运行效果。
3.2 DO浓度控制方法
DO浓度的控制是提高SND脱氮效果的重要方式，系统中DO浓度既不能太高，也不能太低。据文献报道认为，活性污泥法中SND的最佳DO浓度范围为0.5～3.0mg/L，而生物膜法的D0浓度比活性污泥法的稍高，研究结果主要集中在1.0～5.0mg/L范围内。因此，本试验在进行生物膜法中DO浓度对SND的影响研究中，在HRT时间为9h，pH值为7.5条件下，通过控制曝气量来调整DO浓度进行实验。
3.2 D0浓度对TN去除效果研究
DO对TN的去除影响很大，进水浓度，出水浓度变化均较大。从去除率可以发现，当DO质量浓度为4～5mg/L以上时，TN的去除率在35%左右。这是因为DO质量浓度很高时，DO能穿透到生物膜内部，使其内部难以形成缺氧区，大量的氨氮被氧化为硝酸盐和亚硝酸盐，使得出水TN质量浓度仍然很高。由此可以判断该DO质量浓度条件下硝化和反硝化两个过程达到动力学平衡，使得MBBR可实现良好的同步硝化反硝化生物脱氮，TN去除率在70%以上。 当DO质量浓度进一步降低为1mg/L时，悬浮填料生物膜发黑，能形成较大比例缺氧层，所以反硝化能力增强，但由于DO供应不足，MBBR工艺硝化效果下降，使得出水氨氮浓度上升，从而导致出水TN质量浓度上升，但仍可实现50%左右的TN去除效果
3.3 DO浓度脱氮影响小结
当DO浓度在1.0mg/L左右时，即在较低的DO浓度下，不利于硝化反应的进行，出水TN中氨氮占了多数；此时有利于反硝化反应的进行，出水中硝态氮含量很少。
当DO浓度在2.0mg/L左右时，出水TN浓度较低。总氮去除率达到最高的70%左右，硝氮，氨氮含量均较低，有利于同步硝化反硝化地进行。
当DO浓度在3.0mg/L左右时，氨氮去除率达到90%以上，但硝氮，亚硝氮含量上升，总氮去除率较低。
当DO浓度在4.0～5.0mg/L左右时，氨氮去除率达到94%以上，但硝氮，亚硝氮含量继续上升，总氮去除率较低。
由此可见，要得到较高的TN去除率，DO浓度既不能太高也不能太低。从以上试验数据可知，在DO=1.5～2.0mg/L时，TN去除率最高，达70%。低于此DO时由于出氨氮含量太高造成TN去除率降低；反之，当高于此DO时由于出水中硝氮量太高同样造成TN去除率下降。
参考文献：
[1]郑平，徐向阳，胡宝兰.新型生物脱氮理论与技术.北京二科学出版社，2004，5.
[2]王宝贞，王琳.水污染治理新技术—新工艺、新理念、新理论.北京：科学出版社，2004，1.