碳氮比对A/O—MBR系统脱氮效率的影响

【摘 要】 通过理论推导，得出A/O-MBR系统脱氮效率的理论表达式及回流比为300%时脱氮效率与碳氮比关系。采用人工模拟配水进行试验验证，试验中进行了四次进水碳氮比（CODcr/NH4+-N）的调节，四个阶段的平均值分别为3.06、3.57、4.80、7.89，对应的TN去除率分别为25.76%、43.55%、47.94%、67.00%，理论值分别为43.67%、50.99%、68.65%、75.00%，发现TN去除率随C/N的增加而升高，说明C/N是制约TN去除率的重要因素。同时对TN去除率试验值与理论值进行线性回归分析，结果表明，二者的拟合度和相关性较好，相关系数为R=0.9175。

【关键词】 A/O-MBR；脱氮效率；碳氮比；

1 脱氮效率表达式的推导

图1为A/O-MBR系统物料平衡示意图，我们要对该系统的脱氮效率进行理论推导，首先需要进行条件假设：（1）进水无NO3--N和NO2--N，这正好与本试验相符合；（2）NH4+-N在好氧段全部转化为NO3--N，并全部进入MBR；（3）MBR不发生反硝化反应，本试验中MBR反硝化不明显；（4）MBR回流至缺氧段的NO3--N反硝化进行完全；（5）忽略细胞同化作用消耗的氨氮。

基于上述假设，该系统的理论脱氮率（η）可以表示为[1]：

根据上式可知，MBR混合液回流比越大，脱氮效率越高，如图2 所示。由图可见，要取得满意的脱氮效率，必须有足够大的回流比，如要保证80%以上的脱氮率，回流比须大于400%，而且随着回流比的增大，再提高脱氮效率很困难。因为回流比的过度增加，会造成带入缺氧段的DO增多，从而影响反硝化过程的顺利进行。一般回流比取值为200～500%，太高则动力消耗过大[2]。故A/O工艺的脱氮率一般很难达到90%以上。

要达到理论脱氮率，需要充分利用进水碳源，使回流至缺氧池的NO3--N完全反硝化掉，即不产生硝酸盐的积累。

设缺氧段的COD浓度、TKN浓度、NO3--N浓度分别为Sa、Wa、Ca，根据物料平衡，有下列等式成立：

设进水COD/TKN=S0/W0=x，还原单位NO3--N所需的COD量为k。k值与系统污泥停留时间（SRT）、内源衰减系数及可生物降解生物体比例及进水水质有关，对于生活污水可取k=7mgCOD/mgNO3--N[3]。缺氧段恰好完全反硝化需要满足下列关系：

在好氧段，进水中的TKN完全硝化变成NO3--N，所以好氧段出水NO3--N浓度等于缺氧段TKN浓度，即Ce=Wa，将此式代入式（1.6）得

将满足式（1.10）的r记为rm。式（1.10）说明：当x≥k时，任何回流比都不能使上式成立，此时缺氧段反硝化后有机碳的量有剩余。当xrm时，缺氧段反硝化后NO3--N有剩余，再增大回流比对脱氮效率没有影响。现在，我们对A/O-MBR系统的脱氮效率总结如下：

试验中控制回流比为300%，在此依据表1绘制r=3时的η-x曲线（k=7），如图3所示。

从上图可以看出，在回流比为300%的情况下，理论上，当C/N

2 试验验证

2.1 试验装置

图4为缺氧/好氧生物接触氧化+MBR系统（A/O-MBR）工艺流程图，该系统主要由两级生物接触氧化池和膜生物反应器两部分组成。

废水经水泵提升后先后进入缺氧段和好氧段，之后好氧段上清液溢流至膜生物反应器，膜生物反应器内安置有中空纤维膜组件。经过一段时间的反应，混合液部分经回流泵回流至缺氧段进行反硝化，部分在水位差的作用下经膜过滤后形成系统出水。

膜出水为间歇方式，由液位控制器控制。

2.2 试验条件

试验接种污泥取自污水处理厂A2O反应池好氧端，污泥呈灰褐色，沉降性能较差，混合液经30min沉淀后SV30达到88%，SVI为52，MLSS在16945mg/L左右，此外镜检发现，存在累枝节虫、轮虫和少量钟虫，试验共运行了146天。

试验启动前，对污泥混合液进行24小时闷曝，之后部分经筛网过滤后移入反应器中，并辅之以原水进行接触氧化段填料挂膜和MBR池污泥驯化培养，初期测得MBR池MLSS为1633mg/L。

试验进水采用人工模拟配水，配水组份包括葡萄糖、可溶性淀粉、碳酸氢氨、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、硫酸镁等，具体指标见表2。

2.3 分析方法

本试验测定项目有CODcr、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、pH值、温度等，对各项指标的监测均依照国家环保部颁布的标准方法[4]进行测定，其中COD测定采用重铬酸钾法，NH4+-N测定采用纳氏试剂分光光度法，NO3--N测定采用紫外分光光度法，NO2--N测定采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法。

2.4 C/N对脱氮效率的影响

试验中考察的C/N是指进水CODcr和TKN之比，而试验配水组分无有机氮成分，所以此处TKN可用NH4+-N代替，即CODcr/NH4+-N，C/N>7代表反硝化碳源充足。

试验中进行了四次进水碳氮比的调节，对四个阶段的C/N和TN去除率取平均值后，得到如表3所示的C/N与TN去除率的关系，我们发现C/N与TN去除率有着密切的关系。同时，依据表1计算各个C/N所对应的TN去除率的理论值。

由上表可以看出，TN去除率随C/N（CODcr/NH4+-N）的增加而升高，说明C/N是制约TN去除率的重要因素。

我们再对TN去除率试验值（X）与计算值（Y）进行线性回归分析，见图5。

由上图可以得到TN去除率试验值（X）与计算值（Y）的回归方程为Y=0.7954X+22.938，相关系数为R=0.9175，说明二者的拟合度和相关性较好。

3 结语

碳氮比是制约脱氮效率的重要因素。当C/N

参考文献

[1] 程晓如，杨开等.浅淡A/O生物脱氮工艺的设计计算[J].环境工程，1996，14（4）： 12-15

[2] 张璇，文一波，孙星凡等.A/O改进工艺脱氮效率分析[J].水科学与工程技术， 2008增刊，15-17

[3] 王伟，彭永臻，孙亚男等.分段进水A/O工艺流量分配方法与策略研究[J].环境工程学报，2009，3（1）： 89-92

[4] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].北京：中国环境科学出版社，2002