膜生物反應器(MBR)是20世紀60年代發展起來的一種新型高效的污水生化處理工藝¨，是活性污泥法的一種，原理是利用生物反應槽(曝氣槽)內含微生物菌群的活性污泥吸附水體中的有機污染物，并以其為營養物質或增殖材料，使水體中的有機污染物分解達到凈化廢水的目的。MBR技術經歷了分置式、錯流式和浸沒式膜生物反應器3個階段，其中，浸沒式膜生物反應器是21世紀公認的最有發展前途的環境治理技術之一，也是目前處理高濃度廢水和污水中水回用的理想技術。近年來，膜生物反應器(MBR)由于處理效果好、占地面積少、負荷高和抗沖擊負荷能力強等優點日益受到污水處理界的關注，并應用于廢水的處理，取得了很好的效果。

 本實驗采用前置式反硝化生物脫氮工藝(A／O工藝)與浸沒式MBR工藝結合，對養豬場廢水的處理效果進行了研究，實驗結果顯示對主要污染物的去除均達到DB31／199-1997一級標準，說明使用浸沒式膜生物反應器處理畜禽養殖廢水在理論上是可行的。實驗吸收傳統的“厭氧+好氧”處理工藝成果，采用浸沒式生物反應器處理技術對該養豬廠產生的廢水進行實驗性處理，目的是為畜禽廢水處理提供工程實踐基礎。

1材料與方法

1.1豬場廢水

 實驗廢水取自“干濕分離系統”養豬場排放的高濃度有機廢水，廢水水量60m3／d，實驗廢水水質為COD=9100mg／L，BOD=3788mg／L，SS：4490mg／L，NH3一N=450mg／L。

1.2方法

 浸沒式MBR處理技術是將吸入泵、曝氣器和生物反應池為一體式的最新膜生物反應器，膜組件直接放于生物反應器中，MBR反應器內流速由空氣的攪拌提供。中空纖維膜組件置于MBR中，污水浸沒膜組件，通過自吸泵的抽吸，利用膜絲內腔的抽吸負壓來運行。

 膜組件材質為聚乙烯。膜組件公稱孔徑為0．4微米，是懸浮固體、膠體等的有效屏障；中空纖維膜絲較細，有較好的柔韌性，能保持較長的壽命，即使有膜絲破損的現象發生，由于膜絲內徑僅為270微米，可被污泥迅速阻住，對處理水質完全沒有影響。MBR處理池設計為A／O處理系統：在前段，進水與后段的回流水充分混和進行生物反硝化脫氮，在后段進行生物降解和硝化，同時加堿補充氨氮硝化所消耗的堿度，處理后水直接排放，如果需要，也可進一步消毒處理進行中水回用。

 鼓風機曝氣的目的是在提供微生物生長所必須的溶解氧之外，還使上升的氣泡及其產生的紊動水流清洗膜絲表面，阻止污泥聚集，保持膜通量穩定，設計氣水比為30:1。MBR中產生的剩余污泥由氣提泵定量提升至污泥干化池，污泥在其中濃縮，并使污泥減容，上清液回流至調節池。MBR主要設計參數：有效水深為2.7m，有效容積為34.7m3。

1.3工藝流程與調試

 廢水首先經過細篩網除去污水中較大顆粒的雜質和懸浮物，防止泵的阻塞和損傷，減輕負荷。廢水來水具有一定的作用水頭，重力自流到細格柵，格柵出水重力自流入調節池。調節池用以調節水量、均化水質，使后續處理工藝在相對穩定的條件下工作，同時調節池中風機曝氣除臭降溫，還可防止懸浮物沉積。調節池出水由移送泵提升至斜板沉淀池。沉淀池主要實現泥水分離，上清液流人MBR反應池連續運行處理。工藝流程見圖1。因采用浸沒式MBR法處理該養豬場廢水，處理完后消毒可在養豬廠內進行中水的回用，如：綠化、灌溉、沖洗廁所等用途，初步確定設計水量為60m3／d，實驗污水水質如表1所示。調節池主要設計參數：有效水深為2．0m，有效容積為48．7m3。

 實驗浸沒式MBR法處理豬場養殖業廢水過程中的調試階段共分為5個階段進行，階段I主要是向MBR反應器中接種活性污泥，是主要馴化異養菌的過程，根據Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ階段取樣化驗和各階段出現的現象進行加藥調試，目的是使系統運行達到穩定運行狀態(V階段)。調試階段說明如表2所示。

2結果與討論

 該處理工藝通過3個月的調試及6個月的穩定運行，測得進入廢水處理站的平均水質與設計水質基本相符，即COD=9100mg／L，BOD=3788mg／L，SS=4490mg／L，NH．N=450mg／L。出水水質達到DB31／199．1997一級標準。調試各階段取樣及出水水質結果如圖2所示。

 從圖2可以觀察出階段I是調試程序開始，活性污泥的馴化階段，共經過了22d(調試工作準備就緒，向MBR池內投入有效池容約7．5％的城市活性污泥，用水加滿后，處理系統按設定的程序開始運行)。

 調試階段Ⅱ主要經歷了18d(23～41d)，第23d時進行第1次取樣化驗：出水COD<100mg／L，但進出MBR池的NH．N濃度相同，出水pH高于進水，且有大量的泡沫產生。取樣化驗結果表明微生物經22d馴化后，繁殖速率較高的異養菌增殖迅速，世代時間較長的硝化菌尚未形成優勢菌種，因此氨氮濃度仍高。由于氨氮濃度高，廢水呈堿性而產生大量泡沫。在進入階段Ⅲ(42～90d)的第46d取樣時，發現COD又出現回升趨勢(約300mg／L)，而NH3-N濃度明顯下降，出水pH低于進水；在接下來近40d的調試期間，出水的COD穩定在250mg／L左右，NH3-N穩定在50mg／L左右，pH<6。出現該現象的主要原因可從硝化過程機理分析得到解釋。根據硝化過程機理，硝化過程主要包括以下串級反應，

即：NH4+1.502-----No2-+2H++H2O(1)

No2-+0.502------No3(2)

 由反應(1)可知，廢水中1molNH4+在溶解氧和亞硝酸菌的作用下，即可產生2molH+和1mol的NO2-。當調試進入階段Ⅲ時，廢水中的NH3-N濃度下降，pH降低，說明硝化過程反應(1)已開始進行，即廢水中的亞硝酸菌和硝酸菌開始生成。由于硝酸菌的產率約為亞硝酸菌的1／2至1／3，加上在酸性環境下(pH：6.0-7.2)，反應(1)的反應速度大于反應(2)，從而使硝化過程中的串級反應(2)的反應速度較小，廢水中H濃度和NO(濃度累積。

 因此，廢水在進入調式階段Ⅲ時，廢水中的pH始終較小，出水中NO2-濃度較高。這與第77d的MBR出水中NO2-高達123mg／L的分析結果十分吻合。同時，由于出水pH較低，反應(1)得到抑制，使出水NH3-N基本保持在50mg／L左右。NO2-屬還原性物質，理論上1mg／LNO2-將產生I.141mg／LCOD,為證實NO2-對出水COD的貢獻，在實驗室采用測定BOD預處理的方法將NO2-影響消除，測得COD<100mg／L。該結果表明，階段Ⅲ出水COD穩定在250mg／L左右主要是由NO2-累積引起。實驗室利用該養豬場的污泥和出水進行小試，發現如果控制pH>7．5，則出水NH3-N<5mg／L，而NO2-濃度不變。這也說明階段Ⅲ的硝

 酸菌濃度由于受廢水中酸環境和硝酸菌生成速率的制約，尚未達到需要濃度。因此，在進入階段Ⅲ時，廢水的pH始終<6，出水的COD穩定在

 250mg／L。為了提高環境pH，促進硝化反應，在調試進入第79d時，向廢水中投加NaOH，但實際投加量遠大于理論加堿量(理論加堿量=硝化所需堿度一進水堿度)。這與MBR池較大和NH4+的緩沖作用有關。所以加堿量逐日提高(350～550g／t廢水)，至第87d出水pH才有明顯上升趨勢。在階段Ⅲ的初期，泡沫仍較多，池內活性污泥隨泡沫溢出。當進

 入第50d時，開始投加消泡劑(約1．5～2．0g／L)，污泥濃度開始增加，廢水中泡沫大大減少。階段Ⅳ(90～100d)持續時間約10d，主要特征是pH保持在7以上，NH3-N<5mg／L；由于廢水中pH控制較差，出水中COD雖有明顯下降，但仍稍為超標。這也從一個側面說明，對高氨氮、高COD污染物廢水處理系統，處理系統的自動化程度將直接對出水產生重大影響。第1O0d，調試進入階段V，加藥系統、自動控制和反饋系統完全正常，MBR出水全部達到DB3l／199-1997一級標準，系統處于穩定運行階段。系統穩定運行后，浸沒式MBR反應器主要運行參數：HRT為10h，汽水比為30：1，BOD容積負荷1．0kg／(m·d)，調節池HRT為12．5h。

3結論

 采用前置式反硝化生物脫氮A／O工藝，將浸沒式MBR裝置O級生化池處理畜牧廢水這種含有機物濃度高、高氨氮的廢水。通過這次對養豬場廢水的初步實驗可以得到以下幾點結論：

 (1)采用前置式反硝化生物脫氮工藝(A／O工藝)與浸沒式MBR工藝結合，將彌補傳統A／O工藝的不足，并具有以下顯著特點：①通過反硝化脫氮，徹底消除氨氮對微生物環境的影響；②減少了后續硝化過程的外加堿量和后續硝化過程的曝氣量，運行費用降低。

 (2)與傳統的活性污泥法相比，A／O工藝結合浸沒式MBR處理技術固液分離效率高，無須二級沉淀池，設備簡單，構筑物占有空問小，自動控制穩定，耐負荷沖擊能力強，污泥產量少，出水水質穩定等特點。

 (3)實驗以“干濕分離系統”的養豬場廢水為處理實驗對象，經浸沒式MBR工藝處理后，經過3個月的調試及6個月的穩定運行，共經歷了5個階段，出水水質為COD<85mg／L，BOD<10mg／L，SS<5mg／L，NH3-N<5mg／L，達到DB31199·1997一級標準。因此，該實驗為浸沒式MBR工藝處理畜牧廢水提供了寶貴的工程實踐。

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