硅胶膜曝气生物反应器同步短程硝化反硝化研究

摘要

近年来，膜曝气生物反应器(MABR)通过将膜技术与生物处理相结合，能够较好去除水体中的含碳有机物、氨氮等污染物，成为废水处理的研究热点。它能够利用高度透氧的无孔膜或者微孔膜作为膜组件，既可以为微生物提供附着，也可通过气体的传质来供氧，这使得MABR同传统的生物反应器相比在处理氨氮等污染物时有较大优势。　　本论文以疏水性无孔硅胶管为膜曝气组件，通过长期的运行实验，对硅胶膜曝气生物反应器(SMABR)中实现同步短程硝化反硝化的可行性进行了研究，并分别讨论了溶解氧(DO)、碳氮比(C/N)、水力停留时间(HRT)、进水负荷和膜污染等参数的影响，最后对生物膜中的优势菌种进行了分析。结果显示:　　(1)硅胶膜作为膜曝气组件具有较强的传氧能力，能够满足对溶解氧的需求。　　(2)在进水NH4+-N为50 mg/L，CODCr为250 mg/L，DO为0.5 mg/L，系统温度为32℃，pH为7.5-8.0时，对接种污泥驯化一个月后，反应器能实现同步短程硝化反硝化。跟踪实验进一步表明，SMABR中NH4+-N的氧化主要控制在NO2--N阶段。　　(3)在连续进水实验中，当进水CODCr浓度为300mg/L，NH4+-N浓度为60 mg/L，DO为0.5 mg/L，HRT为12h时，反应器有最佳去除效果，CODCr、NH4+-N和TN的去除率分别为90％、82.9％和71％，出水中NO2--N浓度为7.3 mg/L，未检测出NO3--N。表明SMABR对于实现短程硝化反硝化有较大优势。　　(4)维持C/N比不变，增大进水负荷时，反应器对CODCr、NH4+-N和TN的去除率均有所下降，说明该反应器耐冲击负荷较差。而且在低浓度的溶解氧条件(DO=0.5 mg/L)下，TN的去除率更高。后续膜污染的研究表明硅胶膜相比传统的微孔膜在抵抗膜污染方面有较大优势。　　(5) DGGE图谱的变化反映了SMABR在运行过程中生物膜上微生物种群和数量的变化情况。结果表明，在SMABR进行短程硝化反硝化过程中共出现了12种微生物，其中4种微生物在生物膜中占据优势地位。