倒置A2O—MBR工艺处理低碳源污水
脱氮除磷效果研究
王盈盈·，于海琴·，赵刚27孙慧德2
(1．北京交通大学土建学院市政与环境工程系，北京100044；
2．上海安昆水处理设备有限公司，上海200060)
摘要：采用倒置AVO．MBR_g-艺，对北方某污水处理厂的合流制城镇生活污水进行脱氮除磷试验研究。试验结果
表明，该工艺对COD、NH，．N、SS的去除效果良好，可达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918--2002)一级
A标准；对于氮磷的去除，出水TN<25 mg／L，TP<2．2 mg／L。造成这种结果的主要原因是进水碳源不足。为了提高脱
氮除磷效果，采取了投加碳源醋酸钠等手段来辅助脱氮除磷，最终各指标均达标排放。
关■■：倒置A2／O-MBR；低碳源污水；脱氮除磷
中图分类号,X703．1；TQ028．8 文献标识码：A 文章编号：1000．3770(2013)06．0077．003
近年来，随着我国经济的快速发展，水体富营养
化程度日趋严重。为了遏制水体的富营养化问题，我
国于2002年颁布了城镇污水处理厂污染物排放标
准(GB 18918--2002)，明确规定了总磷、氨氮及总
氮的排放标准，这表明绝大多数的城市污水和工业
废水都必须要脱氮除磷。根据2008年对785座城镇
污水处理厂的统计，进水m(BOD，)／m(TKN)<4的污
水处理厂高达515座，低于3的达337座，绝大多数
城镇污水处理厂的进水碳源不能满足生物脱氮除磷
所需[”。
倒置A2／O工艺将缺氧池前置，优先满足反硝化
对碳源的需求，强化了系统的脱氮功能；所有的回流
污泥全部经历完整的厌氧释磷与好氧吸磷过程，聚
磷菌经厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧
段，其在厌氧状态下形成的吸磷动力可以得到充分
的利用，提高了系统的除磷能力【2】。膜生物反应器是
将污水的生物处理和膜的过滤技术相结合的废水处
理工艺，其高效截留作用可以提高脱氮除磷的效果。
倒置A2／O—MBR结合A2／O和MBR两种工艺的优
点，为具有高效、出水优良、占地面积小、脱氮除磷能
力强的新工艺提供了思路。
1试验部分
1．1试l峨置
中试装置总的有效容积为1 1．3 m3，工艺流程为
缺氧一厌氧一好氧一膜生物反应器。其为一体式结
构，缺氧池与厌氧池中问设置隔板且底部相通，厌氧
池与好氧池之间设置溢流板。好氧池及膜池内部设
有曝气装置，膜组件置于曝气装置上部，底部接有排
泥管。试验装置如图1所示。
图1中试工艺流程
Fig．1 Flow diagram ofthe pilot process
1．2工艺运行参数
中试装置设计处理能力为1 m3／h，各池的水力
停留时问(HRT)分别为缺氧2．3 h、厌氧2．3 h、好氧
6．3 h；污泥质量浓度为7～10∥L；SRT为30 d。混合
液回流比为250％。气水体积比为25：1；产水抽停比
为7：1，每运行45 min进行水力反冲洗1 min。
收稿日期：2012一11．26
作者简介：王盈盈(1987--)，女，硕士研究生，研究方向为水污染控制理论与技术：E-mail：
11121388@bjtu．edu．cn
]
试验采用聚偏氟乙烯(PvDF)中空纤维膜，膜
孔径为0．03仙m，共设置3组膜组件，每组共4只
膜，单只膜面积为6．3 m2。
1．3分析指标及方法
COD：重铬酸钾法；NH3-N：纳氏试剂光度法；
TN：紫外分光光度法；TP：钼锑抗分光光度法；SS：
滤膜法[3】。
2结果与讨论
试验地点为山东某污水处理厂，其污水来源为
70％的生活污水与30％的工业污水。中试装置进水
为该污水厂曝气沉砂池出水，前经粗细格栅和曝气
沉砂池去除部分悬浮物后经潜水泵提升进入中试设
备缺氧槽。原水的平均m(COD)／m(TN)和m(COD)／m
(TP)比例分别为5．2和45．9，但是m(BODs)／m(COD)
均值为0．26，可生化性较差，碳源的不足将影响脱氮
除磷效果。而一般认为，m(BODs)／m(COD)d"于0．3
时，可生化性较差。当m(BOD，)／m(TKN)之比大于4，
m(BODs)／m(TP)之比大于17，实际的m(COD)／m(TN)
高达7时，碳源才算充足M。
虽然进水水质波动较大，系统对COD、NH，一N
及SS的去除效果良好，出水COD在50 mg／L以
下，NH，一N质量浓度在1 mg／L以下，SS质量浓度在
10 mg／L以下，达到GB 18918--2002一级A标准。
这主要归功于膜对胶体及大分子有机物质的截留作
用，使得世代时间较长的硝化细菌有效的截留在反
应器中，使得硝化作用较为完全。
2．1 TN去■效暴
由图2可知，进水TN质量浓度在20．8～63．6
mg／L波动，出水TN质量浓度在5．2～23．0 mg／L波
动，除了设备刚开始运行的前两天外，出水TN质量
浓度均小于20 mg／L，平均质量浓度为15．7 mg／L，但
仍未达到GB 18918--2002一级A排放标准。TN去
除率在53％～81％波动，平均去除率为65．7％。同
时，由于试验期间的7、8月份降雨较为频繁，使得进
水COD多在200 mg／L之下，明显表现进水碳源严
重不足，导致反硝化没有充足的电子供体进行反硝
化反应，使得回流至缺氧区的大量硝酸盐不能被去
除，同时增加厌氧区硝酸盐的量，导致消耗有机物而
抑制后续厌氧池细菌对磷的释放，也使系统的除磷
效率降低。
图2进、出水TN及TN去除率变化
Fig．2 Removal efficiency ofTN and effluent TN
2．2。球去除效果
由图3可知，进水TP质量浓度在3．0～9．9
mg／L波动，出水TP质量浓度0．6--一2．15 mg／L波动，
出水TP质量浓度均小于2．15 mg／L，平均质量浓度
为1．5 mg／L，TP去除率在50％～87％之间波动，平
均去除率为70％。生物法除磷主要通过聚磷菌过量
的从外部摄取磷，并将其以聚合态形式储存在体内，
形成高磷污泥，排出系统，从而达到除磷效果。因此，
泥龄短的工艺由于剩余污泥量较少，可以取得较好
的除磷效果，但MBR工艺一般具有较长的泥龄，因
此从这个意义上讲不利于生物除磷。但通过加大排
泥，减小污泥龄后，TP的出水质量浓度仍达不到1．0
mg／L以下。分析原因可能为碳源不足，造成TP去除
率不理想。首先，该污水为碳源限制型污水，且缺氧
池位于厌氧池之前，无法优先保证聚磷菌对碳源的
时nIJ／d
图3进、出水TP及TP去除率变化
王盈盈等，倒置A210．MBR工艺处理低碳源污水脱氮除磷效果研究79
要求来合成PHB及糖原，也就无法满足其过量吸收
磷所需的能量。
2．3外加碳蠢对脱氯除■效果的影响
足够的碳源是保证有效的反硝化反应所需的
必要条件。按传统生物脱氮理论，一般认为污水中
m(BOD，)概(TN)达到3～5为碳源充足，无需外加碳
源【q。由于该污水水质的可生化性较差，仅为0．26，所
以BOD，远小于COD，虽然本试验m(COD)／m(TN)
为5．2，但m(BOD，)Im(TN)仍小于3，使得脱氮除磷效
果受到一定程度的抑制。为了强化脱氮除磷效果，使
得出水满足GB 18918--2002--级A排放标准，决定
向进水中投加碳源醋酸钠。
向进水中投加醋酸钠(NaAc)45 mg／L(以
BOD，计算)，同时采用多点进水，将进水流量的
30％分流到厌氧池，同时增加排泥排泥，将污泥龄减
d,N 15 d，结果如图4和图5所示。
时间，d
图4投加NaAc后进、出水TN及TN去除率变化
Fig．4 Removal efficiency of'I N and TP with NaAo
从图4和图5中可以看出，连续稳定运行30 d
后，发现适量补充碳源，并配合多点进水并缩短污泥
龄操作后发现，出水TN质量浓度在8．8～14．3 mg／L
波动，平均质量浓度为12．2 mg／L，平均去除率为
67％。出水TP质量浓度在0．4～1．1 mg／L波动，平均
质量浓度为0．8 mg／L，平均去除率82％。二者出水质
量浓度均满足GB 18918--2002一级A排放标准
由于进水BOD，平均为63 mgIL，进水TN平均
质量浓度为46 mg／L，向进水中补充醋酸钠(以
BOD，计算)约45 mg／L，使得m(BOD，)／m(TN)≤
2．8，最终TN排放质量浓度可小于15 mg／L。TN去
除效果有所提高的原因主要有几方面：①投加了碳
源醋酸钠，为系统补充了30％以上的碳源，有利于
反硝化反应的进行；②采用倒置A2／O—MBR工艺，反
硝化菌优先得到碳源，提高了总氮去除率，且膜的截
留作用使得微生物完全截留在反应器中，有利于总
氮的去除。
采用多点进水，进水流量的30％左右直接进入厌
氧池，削弱了反硝化菌与聚磷菌对碳源的竞争，使得
聚磷菌可得到足够的短链脂肪酸进行充分释磷，进而
提高了系统的除磷效率。而生物法除磷主要通过聚磷
菌过量的从外部摄取磷，并将其以聚合态形式储存在
体内，形成高磷污泥，排出系统，从而达到除磷效果。
所以磷的最终去除要依靠排泥获得。将污泥龄减小到
15 d，最终TP的排放质量浓度小于1 mg／L。
3结论
(1)倒置A2／O—MBR工艺，对COD、NH，一N、SS
具有较高的去除效果，出水质量浓度可分别达到低
于50、l、10 mg／L。
(2)倒置A2／O—MBR工艺具有同步脱氮除磷的
作用，由于其膜的高效截留作用，较常规工艺去除效
果更佳。但碳源严重不足(m(BOD，)／m(TN)<2)时，
TN及TP的出水质量浓度不能达标排放，需借助化
学方法辅助进行脱氮除磷。
(3)当投加向进水中投加一定浓度的醋酸钠，
使其满足m(BODdlm(TN)≤2．8时，出水TN及TP
质量浓度分别小于15 mg／L和1 mg／L，满足GB
18918--2002一级A排放标准。
但投加碳源醋酸钠成本较大，可选择一些经济
有效的碳源，如垃圾渗滤液、动物粪便等。
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(下转第82页)
82 水处理技术第39卷第6期
部分分解，污泥中非活性无机成分增加。表现为污泥
絮凝性不好，观察污泥沉降性能时，上清液有悬浮碎
泥，这些细小污泥颗粒沉降性能较差。
这说明由于MBR系统一般污泥龄相对较长，
整体上系统的m(MLVSS)／m(MLSSl明显低于传统
活性污泥法。
2．3污泥簟与污泥负荷的相关性
经过长期的对比分析，得出了污泥龄与污泥负荷
之间相互关系。由图5可知，污泥龄与污泥负荷之间存
在一定的相关性，一定的污泥龄有一定的污泥负荷相
对应，两者基本呈线性关系。当污泥龄为20 d时，系统
相应的COD污泥负荷在0．25 kg／(kg·d1左右，污泥龄
为50 d时，相应的COD污泥负荷为0．12 kg／(kg·d)。
3结论
膜生物反应器处理诺氟沙星制药废水时，污泥
龄的最佳运行区间为20～50 d。
正常运行时，膜生物反应器生物处理系统
m(MLVSsy，n(MLss)在0．5～0．7，低于传统活f生污泥法。
污泥龄与污泥负荷存在一定的相关性，系统的
污泥龄在20～50 d时，所对应的COD污泥负荷大
致在0．12～0．25 kg／(kg。m。
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THE IMPACT ANALYSIS OF SLUDGE AGE IN MBR PROCESS FOR TREATING NORFLOXACIN
PHARMACEU『．11CAI．’17：ASTEWATER
Gao Jianlei，Zhang Yongfeng
(Water Conservancy and Environme／it College，Zhengzhou University,Zhengzhou 450002，China)
Ablimla：Based on the analysis ofsludge age in MBR process treatment ofnorfloxacin pharmaceutical wastewater，the relationship between the sludge
age and CoD，ammonia nitrogen and ra(MLVSS)／m(MLSS)；sludge loading were summarized．The results showed that the optimal 0Deration interval of
sludge ageis20～50 d，andthevalueofm(MLVSS)／m(MLSS)；inmembranebioreactorisbetween 0．5～0．7．Sludge age and sludgeloadinghas certain
relevance．When the sludge age is 20～50 d’the CODsludge loading in operation system ranges from 0．12 to 0．25 kg／(kg·m．
豳黟哪把B：MBR；norfloxacin pharmaceutical wastewater；sludge age；m(MLVSS)／m(MLSS)；sludge loading
(上接第79页)
RESEARCH ON EFFECT OF NITROGEN AND PHOSPHORUS REMOVAL FROM LOW
CARBON SOURCE WASTEWATER BY INVERTED A2／O-MBRPROCESS
●
Wang Yingyin91，Yu Haiinl，Zhao Gan92，Sun Huide2
(^Department ofMunicipal and Environmental Engineering,School ofCivil Engineering，BeijingJiaotong University,Beijing woo&Chin∞
2．Shaihoi Aqua Purification功uipment Co．Ltd．，Shanghai 200060,China) 棚's嘲：The inverted A2／O-MBR process was used to treat the municipal wastewater ofcombined system，and the removal efficiencv was studied．ResuIt
showed that the process was efficient in removal ofCOD，NH3一N，SS and satisfactory to grade Aofnational discharge standard ofGB 18918--2002．With
removal efficiency ofTN and TP，the effluent concentration only is TN<25 mg／L and TP<2．2 mg／L due to no enough carbon in wastewater．To improye
the effectofnitrogen andphosphorus removal,NaAcwasused’andthe effluentquality reachesthefirstlevelAcriteria specifiedinGB 18918--2002．
Keywords：inverted AVO—MBR process；wastewater with low carbon source；nitrogen and phosphorus removal
第39卷第6期
2013年6月
水处理技术
TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT
V01．39 NO．6
Jun．，2013 77
