MBR在废水处理中的应用及生物强化研究进展李亮

　　摘要：　　关键词:　　中图分类号：文献标志码：A　DOI:10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2017.02.005Abstract:　　　　Keywords:　　CLCnumber:针对日益严苛的废水排放标准，必须提高废水处理工艺脱氮除磷和对难降解有机物的去除性能。膜生物反应器（MBR）作为膜分离与生物技术有机结合的污水处理技术，具有系统处理效果好、容积负荷高、占地面积小，节省空间等优点。文章梳理了MBR在废水脱氮除磷及难降解有机物处理等方面的应用情况，介绍了MBR各种生物强化技术研究现状，为新型MBR技术的开发提供了支持。膜生物反应器；废水处理；脱氮除磷；电膜生物反应器ApplicationandBioaugmentationofMBRinWastewaterTreatment:AnOverviewLiLiang,HuXiaomin,YuXin,QianGuangsheng(CollegeofResourcesandCivilEngineering,NortheasternUniversity,Shenyang110819,China)Inordertomeettheincreasinglystrictwastewaterdischargestandards,itisnecessarytoimprovetheperformanceofwastewatertreatmentprocessforremovalofnitrogen,phosphorusandrefractoryorganics.Membranebioreactor(MBR)isoneofthewastewatertreatmenttechnologiescombinedwithmembraneseparationandbiologicaldegradation.Incomparisontotheconventionalactivatedsludgesystems,MBRhassuchadvantagesassuperioreffluentquality,highervolumeloadrate,smallervolumeandfootprint,etc..Inthispaper,theapplicationofMBRinremovalofnitrogen,phosphorusandrefractoryorganiccompoundsisreviewedandtheresearchstatusofMBRinvariouskindsofbioaugmentationtechnologiesisintroduced,providingsupportforthedevelopmentofnewMBRtechnologies.MBR;WastewaterTreatment;NitrogenandPhosphorusRemoval;MEBRX703X703收稿日期：2017-02-07基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2013ZX07202-010）基金资助作者简介：李　亮（1980-），男，博士、讲师。研究方向：污水生物与电化学处理。通信作者：胡筱敏（1958-），男，博士、教授。研究方向：水污染控制。E-mail:[e-mail]第43卷　第2期2017年4月环境保护科学　EnvironmentalProtectionScienceVol.43　No.2Apr.2017,24~29MBR是一种结合膜分离和微生物降解技术难降解有机物的去除率并没有得到太大改善。此[1]外，膜污染影响MBR运行通量及膜寿命，始终是的高效污水处理工艺。在反应器内，一方面，[2]膜组件将泥水高效分离，促使出水水质改善；另MBR技术在污水处理领域推广应用的主要挑战。一方面，污泥停留时间（SRT）与水力停留时间因此，强化MBR处理效果并减缓膜污染始终是（HRT）在反应器内相互独立，可提高污泥浓MBR技术的研发重点。因此，文章通过文献调度；此外，反应器内较长的SRT可使增殖缓慢的研，对近年来MBR的废水处理及膜污染控制技术某些特殊菌（如自养硝化菌等）在活性污泥中出进行梳理和总结，以期为MBR技术的进一步推广现，而膜组件又能将这些菌持留，从而使MBR处应用提供借鉴。理效果得以改善。1　MBR废水处理应用研究但是，MBR仍有一定局限性，对于生活污水，其仅依靠MBR本身其脱氮除磷能力只能达到1.1　MBR脱氮除磷40%至60%左右的去除率；对于工业废水，其对1.1.1　MBR脱氮有关研究　膜截留作用使硝化菌MBR在废水处理中的应用及生物强化研究进展李　亮，胡筱敏，于　鑫，钱光升（东北大学资源与土木工程学院，辽宁　沈阳　110819）-+-能够在较短的HRT条件下在MBR内生存繁殖，从NO途径进行生物脱氮（NH-NO-N），称为2422+而使得反应器内NH-N的去除效率通常能在短程硝化反硝化。其脱氮基本原理是将硝化反应4[3]---90%以上，但对TN的去除效果不理想。通过在控制在NO阶段，阻止NO硝化为NO，从而缩223[4]MBR中增加厌氧段或按照A/O工况运行，TN的短电子转化历程，直接进行反硝化。[5]MBR短程硝化反硝化脱氮技术一般采用去除效率可以提高至60%~80%。2MBR脱氮往往建立在传统的硝化/反硝化机A/O-MBR脱氮工艺或A/O-MBR脱氮工艺，其技理之上，但近年来，同步硝化反硝化（Simultaneous术关键主要是将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段。[13]nitrificationandde-nitrification，SND）、短程硝化孙星凡等采用A/O-MBR脱氮工艺处理高氨氮模+反硝化、厌氧氨氧化等新型脱氮理念也开始应用拟废水，通过控制好氧段DO在0.5mg/L，NH-N4[6]-到MBR工艺中。去除率和NO-N积累率均能达到90%以上。胡2①MBR同步硝化反硝化脱氮。近年来随着[14]君杰等采用多级A/O-MBR工艺处理垃圾渗滤异养硝化菌和好氧反硝化菌陆续发现以及对异养液，研究结果表明，O和O池中DO为0.7~0.9mg/LIⅡ硝化、好氧反硝化、及自养反硝化等研究的不断-时，NO-N平均积累率分别达91.7%和95.6%，2深入，很多报道都证明在MBR等多种生物处理系+形成了短程硝化反硝化脱氮，系统NH-N和4统中，有机物氧化、硝化和反硝化能同时实现，TN的平均去除率可分别达到99.2%和92.2%。并逐步形成了同步硝化反硝化生物脱氮理论。③MBR短程硝化-厌氧氨氧化。目前，厌氧[7]Holakooetal研究表明，当反应器中的DO较低氨氧化主要有SHARON-ANAMOX和Completely（通常DO小于1.5mg/L）时，可能发生SND现AutotrophicNitrogenRemovalOverNitrite（CANON）象，当SRT由40d缩短到20d，DO浓度由0.5mg/L工艺，其中有不少学者采用MBR开展CANON工提高到3mg/L，TN通过SND的去除率由77%下降[15]艺研究。Zhangetal采用MBR开展CANNON工到44%。[8]艺处理生活污水，研究结果表明，采用逐渐缩Heetal系统研究了DO、F/M、COD/N和短HRT和限氧曝气的策略可在常温下快速富集pH等对MBR同步硝化反硝化脱氮效果的影响，氨氧化菌（AOB），实现对COD和TN的同时高在DO为0.8mg/L时，TN去除率可达86.58%，随[16]效去除。Wangetal考察了低温条件下自流式着DO浓度增加至5mg/L，TN去除率仅为CANON-MBR处理地表水时厌氧氨氧化菌的活54.21%；在DO为0.8~1.0mg/L时，高F/M和[9]性变化情况。COD/N对SND具有促进作用。Baeketal将“活[17]1.1.2　MBR除磷有关研究　Yoonetal发现，与性污泥1号模型”进行改进，并应用于阐述限氧曝[10]传统除磷工艺相比，MBR并不能提高磷的去除效气MBR中的的同步硝化反硝化机制。赵冰怡等[18]率。迟军采用A/O-MBR工艺考察了有无厌氧环考察了C/N和曝气量对MBR-SND脱氮的影响，当境的除磷情况，增加厌氧环境后TP的去除率可C/N由3增加至10时，TN去除率由21%增加至[19][11]由22%提高至70%。Lesjeanetal研究表明，通92%。Sariogluyetal研究表明，反应器内较高过在生物强化除磷工艺（EBPR）的好氧段设置的污泥浓度有助于提高SND效果，在MLSS大于16000mg/L，DO小于1.0mg/L时TN去除率能保持膜组件，在SRT为25d时，无论是前置反硝化或后[12][20]在95%以上。Zhu等研究表明SND脱氮时，碱度置反硝化，TP去除率均大于97%。Hasaretal研和出水TN存在平衡关系。究表明，在SRT50d，好氧段DO1.9~4mg/L，进水②MBR短程硝化反硝化脱氮。一般来说，TP19mg/L时，MBR处理后出水TPlmg/L。传统生物脱氮过程包括硝化和反硝化。当直接以1.1.3　MBR同步脱氮除磷有关研究　MBR同步-NO为电子受体进行反硝化反应时，直接经过脱氮除磷主要有序批式膜生物反应器2第2期25李亮　等：MBR在废水处理中的应用及生物强化研究进展（SequencingBatchMembraneBioreactor，1.2　MBR去除难降解有机物膜生物反应器的另一个优势是其污泥浓度SBMBR）和A/O-MBR等工艺。高，且可持留对难降解有机物有高效去除作用的SBMBR工艺是通过控制曝气时间，在时间功能菌，从而有利于微生物对难降解有机物的去序列上实现缺氧-好氧交替变化。因无需混合液[26-27]除。近年来，膜生物反应器技术在农药废水、回流，可节省回流等设备，降低运行费用。Zhang[28-30][31-33][34][21]制药废水、垃圾渗滤液、印染废水、炼etal考察了SBMBR工艺在碳氮比为28.2~3.4时的[35]油废水等领域得到了广泛的关注。在MBR处理脱氮除磷能力，研究表明，在进水COD/TN大于+难降解有机废水时，采用SBR或者A/O等运行方6.3时，以A/O方式运行的SBMBR的TN、NH-4式、采用较长的SRT等均可以提高对难降解有机N和TP的去除率在65%、90%和90%以上，处理物的去除效果。[22]效果明显优于普通MBR。Baeetal采用[36]Frihaetal采用好氧膜生物反应器处理化妆品SBMBR工艺处理工业废水，其TN去除率达3废水，反应器最佳容积负荷在1.52kgCOD/(m·d)，96%，TP去除率为80%。其COD和阴离子型表面活性剂去除率可分别高达A/O-MBR脱氮除磷工艺与传统A/O活性污83.73%和98.13%，采用DGGE方法分析反应器中泥法工艺类似，是在缺氧池内进行厌氧释磷和前的微生物群落结构变化，系统发育细分表明，反置反硝化，在好氧池内进行磷过量摄取、有机物应器中主要微生物为a-Proteobacteria，[23]的氧化、氮素的氨化和硝化等反应。迟军等采Actinobacteria和Fimicutes。+[37]用A/O-MBR工艺处理模拟生活污水，NH-N和4Akguletal采用UASB-MBR–SHARON–TP去除率分别高达96%和70%。ANAMMOX工艺处理垃圾渗沥液，该工艺可去除在普通的A/O-MBR脱氮除磷工艺上，可以废水中90%以上的COD和TKN，其中MBR工艺段可去除40%~85%的有机物，且其抗冲击负荷能通过改变回流方式等使前置A池在时间序列上交力优越，有利于后续SHARON–ANAMMOX工艺替形成缺氧和厌氧环境，将其改造为间歇式[33][24]的成功运行。刘建森等采用A/O管式膜MBR工A/O-MBR工艺。Ahnaketal通过控制混合液回艺处理垃圾渗滤液，在混合液回流比为3时，流时间间隔形成前置A池的交替缺氧和厌氧环COD去除率可达96%~98%。境，混