倒置A2O—MBR工藝處理低碳源污水
脫氮除磷效果研究

王盈盈·，于海琴·，趙剛27孫慧德2

(1．北京交通大學(xué)土建學(xué)院市政與環(huán)境工程系，北京100044；
2．上海安昆水處理設(shè)備有限公司，上海200060)

摘要：采用倒置AVO．MBR_g-藝，對北方某污水處理廠的合流制城鎮(zhèn)生活污水進行脫氮除磷試驗研究。試驗結(jié)果
表明，該工藝對COD、NH，．N、SS的去除效果良好，可達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918--2002)一級
A標(biāo)準(zhǔn)；對于氮磷的去除，出水TN<25 mg／L，TP<2．2 mg／L。造成這種結(jié)果的主要原因是進水碳源不足。為了提高脫
氮除磷效果，采取了投加碳源醋酸鈉等手段來輔助脫氮除磷，最終各指標(biāo)均達標(biāo)排放。

關(guān)■■：倒置A2／O-MBR；低碳源污水；脫氮除磷

中圖分類號,X703．1；TQ028．8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1000．3770(2013)06．0077．003


近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，水體富營養(yǎng)
化程度日趨嚴重。為了遏制水體的富營養(yǎng)化問題，我
國于2002年頒布了城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)
準(zhǔn)(GB 18918--2002)，明確規(guī)定了總磷、氨氮及總
氮的排放標(biāo)準(zhǔn)，這表明絕大多數(shù)的城市污水和工業(yè)
廢水都必須要脫氮除磷。根據(jù)2008年對785座城鎮(zhèn)
污水處理廠的統(tǒng)計，進水m(BOD，)／m(TKN)<4的污
水處理廠高達515座，低于3的達337座，絕大多數(shù)
城鎮(zhèn)污水處理廠的進水碳源不能滿足生物脫氮除磷
所需[”。
倒置A2／O工藝將缺氧池前置，優(yōu)先滿足反硝化
對碳源的需求，強化了系統(tǒng)的脫氮功能；所有的回流
污泥全部經(jīng)歷完整的厭氧釋磷與好氧吸磷過程，聚
磷菌經(jīng)厭氧釋磷后直接進入生化效率較高的好氧
段，其在厭氧狀態(tài)下形成的吸磷動力可以得到充分
的利用，提高了系統(tǒng)的除磷能力【2】。膜生物反應(yīng)器是
將污水的生物處理和膜的過濾技術(shù)相結(jié)合的廢水處
理工藝，其高效截留作用可以提高脫氮除磷的效果。
倒置A2／O—MBR結(jié)合A2／O和MBR兩種工藝的優(yōu)
點，為具有高效、出水優(yōu)良、占地面積小、脫氮除磷能
力強的新工藝提供了思路。

1試驗部分
1．1試l峨置
中試裝置總的有效容積為1 1．3 m3，工藝流程為
缺氧一厭氧一好氧一膜生物反應(yīng)器。其為一體式結(jié)
構(gòu)，缺氧池與厭氧池中問設(shè)置隔板且底部相通，厭氧
池與好氧池之間設(shè)置溢流板。好氧池及膜池內(nèi)部設(shè)
有曝氣裝置，膜組件置于曝氣裝置上部，底部接有排
泥管。試驗裝置如圖1所示。
圖1中試工藝流程
Fig．1 Flow diagram ofthe pilot process

1．2工藝運行參數(shù)
中試裝置設(shè)計處理能力為1 m3／h，各池的水力
停留時問(HRT)分別為缺氧2．3 h、厭氧2．3 h、好氧
6．3 h；污泥質(zhì)量濃度為7～10∥L；SRT為30 d�；旌�
液回流比為250％。氣水體積比為25：1；產(chǎn)水抽停比
為7：1，每運行45 min進行水力反沖洗1 min。
收稿日期：2012一11．26
作者簡介：王盈盈(1987--)，女，碩士研究生，研究方向為水污染控制理論與技術(shù)：E-mail：11121388@bjtu．edu．cn
]


試驗采用聚偏氟乙烯(PvDF)中空纖維膜，膜
孔徑為0．03仙m，共設(shè)置3組膜組件，每組共4只
膜，單只膜面積為6．3 m2。
1．3分析指標(biāo)及方法
COD：重鉻酸鉀法；NH3-N：納氏試劑光度法；
TN：紫外分光光度法；TP：鉬銻抗分光光度法；SS：
濾膜法[3】。
2結(jié)果與討論
試驗地點為山東某污水處理廠，其污水來源為
70％的生活污水與30％的工業(yè)污水。中試裝置進水
為該污水廠曝氣沉砂池出水，前經(jīng)粗細格柵和曝氣
沉砂池去除部分懸浮物后經(jīng)潛水泵提升進入中試設(shè)
備缺氧槽。原水的平均m(COD)／m(TN)和m(COD)／m
(TP)比例分別為5．2和45．9，但是m(BODs)／m(COD)
均值為0．26，可生化性較差，碳源的不足將影響脫氮
除磷效果。而一般認為，m(BODs)／m(COD)d"于0．3
時，可生化性較差。當(dāng)m(BOD，)／m(TKN)之比大于4，
m(BODs)／m(TP)之比大于17，實際的m(COD)／m(TN)
高達7時，碳源才算充足M。
雖然進水水質(zhì)波動較大，系統(tǒng)對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質(zhì)量濃度在1 mg／L以下，SS質(zhì)量濃度在
10 mg／L以下，達到GB 18918--2002一級A標(biāo)準(zhǔn)。
這主要歸功于膜對膠體及大分子有機物質(zhì)的截留作
用，使得世代時間較長的硝化細菌有效的截留在反
應(yīng)器中，使得硝化作用較為完全。
2．1 TN去■效暴
由圖2可知，進水TN質(zhì)量濃度在20．8～63．6
mg／L波動，出水TN質(zhì)量濃度在5．2～23．0 mg／L波
動，除了設(shè)備剛開始運行的前兩天外，出水TN質(zhì)量
濃度均小于20 mg／L，平均質(zhì)量濃度為15．7 mg／L，但
仍未達到GB 18918--2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。TN去
除率在53％～81％波動，平均去除率為65．7％。同
時，由于試驗期間的7、8月份降雨較為頻繁，使得進
水COD多在200 mg／L之下，明顯表現(xiàn)進水碳源嚴
重不足，導(dǎo)致反硝化沒有充足的電子供體進行反硝
化反應(yīng)，使得回流至缺氧區(qū)的大量硝酸鹽不能被去
除，同時增加厭氧區(qū)硝酸鹽的量，導(dǎo)致消耗有機物而
抑制后續(xù)厭氧池細菌對磷的釋放，也使系統(tǒng)的除磷
效率降低。
圖2進、出水TN及TN去除率變化
Fig．2 Removal efficiency ofTN and effluent TN
2．2。球去除效果
由圖3可知，進水TP質(zhì)量濃度在3．0～9．9
mg／L波動，出水TP質(zhì)量濃度0．6--一2．15 mg／L波動，
出水TP質(zhì)量濃度均小于2．15 mg／L，平均質(zhì)量濃度
為1．5 mg／L，TP去除率在50％～87％之間波動，平
均去除率為70％。生物法除磷主要通過聚磷菌過量
的從外部攝取磷，并將其以聚合態(tài)形式儲存在體內(nèi)，
形成高磷污泥，排出系統(tǒng)，從而達到除磷效果。因此，
泥齡短的工藝由于剩余污泥量較少，可以取得較好
的除磷效果，但MBR工藝一般具有較長的泥齡，因
此從這個意義上講不利于生物除磷。但通過加大排
泥，減小污泥齡后，TP的出水質(zhì)量濃度仍達不到1．0
mg／L以下。分析原因可能為碳源不足，造成TP去除
率不理想。首先，該污水為碳源限制型污水，且缺氧
池位于厭氧池之前，無法優(yōu)先保證聚磷菌對碳源的
時nIJ／d
圖3進、出水TP及TP去除率變化


王盈盈等，倒置A210．MBR工藝處理低碳源污水脫氮除磷效果研究79
要求來合成PHB及糖原，也就無法滿足其過量吸收
磷所需的能量。
2．3外加碳蠢對脫氯除■效果的影響
足夠的碳源是保證有效的反硝化反應(yīng)所需的
必要條件。按傳統(tǒng)生物脫氮理論，一般認為污水中
m(BOD，)概(TN)達到3～5為碳源充足，無需外加碳
源【q。由于該污水水質(zhì)的可生化性較差，僅為0．26，所
以BOD，遠小于COD，雖然本試驗m(COD)／m(TN)
為5．2，但m(BOD，)Im(TN)仍小于3，使得脫氮除磷效
果受到一定程度的抑制。為了強化脫氮除磷效果，使
得出水滿足GB 18918--2002--級A排放標(biāo)準(zhǔn)，決定
向進水中投加碳源醋酸鈉。
向進水中投加醋酸鈉(NaAc)45 mg／L(以
BOD，計算)，同時采用多點進水，將進水流量的
30％分流到厭氧池，同時增加排泥排泥，將污泥齡減
d,N 15 d，結(jié)果如圖4和圖5所示。
時間，d
圖4投加NaAc后進、出水TN及TN去除率變化
Fig．4 Removal efficiency of'I N and TP with NaAo
從圖4和圖5中可以看出，連續(xù)穩(wěn)定運行30 d
后，發(fā)現(xiàn)適量補充碳源，并配合多點進水并縮短污泥
齡操作后發(fā)現(xiàn)，出水TN質(zhì)量濃度在8．8～14．3 mg／L
波動，平均質(zhì)量濃度為12．2 mg／L，平均去除率為
67％。出水TP質(zhì)量濃度在0．4～1．1 mg／L波動，平均
質(zhì)量濃度為0．8 mg／L，平均去除率82％。二者出水質(zhì)
量濃度均滿足GB 18918--2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)
由于進水BOD，平均為63 mgIL，進水TN平均
質(zhì)量濃度為46 mg／L，向進水中補充醋酸鈉(以
BOD，計算)約45 mg／L，使得m(BOD，)／m(TN)≤
2．8，最終TN排放質(zhì)量濃度可小于15 mg／L。TN去
除效果有所提高的原因主要有幾方面：①投加了碳
源醋酸鈉，為系統(tǒng)補充了30％以上的碳源，有利于
反硝化反應(yīng)的進行；②采用倒置A2／O—MBR工藝，反
硝化菌優(yōu)先得到碳源，提高了總氮去除率，且膜的截
留作用使得微生物完全截留在反應(yīng)器中，有利于總
氮的去除。
采用多點進水，進水流量的30％左右直接進入?yún)?br /> 氧池，削弱了反硝化菌與聚磷菌對碳源的競爭，使得
聚磷菌可得到足夠的短鏈脂肪酸進行充分釋磷，進而
提高了系統(tǒng)的除磷效率。而生物法除磷主要通過聚磷
菌過量的從外部攝取磷，并將其以聚合態(tài)形式儲存在
體內(nèi)，形成高磷污泥，排出系統(tǒng)，從而達到除磷效果。
所以磷的最終去除要依靠排泥獲得。將污泥齡減小到
15 d，最終TP的排放質(zhì)量濃度小于1 mg／L。


3結(jié)論
(1)倒置A2／O—MBR工藝，對COD、NH，一N、SS
具有較高的去除效果，出水質(zhì)量濃度可分別達到低
于50、l、10 mg／L。
(2)倒置A2／O—MBR工藝具有同步脫氮除磷的
作用，由于其膜的高效截留作用，較常規(guī)工藝去除效
果更佳。但碳源嚴重不足(m(BOD，)／m(TN)<2)時，
TN及TP的出水質(zhì)量濃度不能達標(biāo)排放，需借助化
學(xué)方法輔助進行脫氮除磷。
(3)當(dāng)投加向進水中投加一定濃度的醋酸鈉，
使其滿足m(BODdlm(TN)≤2．8時，出水TN及TP
質(zhì)量濃度分別小于15 mg／L和1 mg／L，滿足GB
18918--2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。
但投加碳源醋酸鈉成本較大，可選擇一些經(jīng)濟
有效的碳源，如垃圾滲濾液、動物糞便等。

參考文獻：
(1]孫永利，許光明，游佳，等．城鎮(zhèn)污水處理廠外加商業(yè)碳源的選擇
【J]．中國給水排水，2010，26(19)：84—86．
f2】王振江，武鵬岜，畢學(xué)軍．倒置A：／O生物脫氮除磷工藝的生產(chǎn)性試
驗嘰．中國給水排水，2006，22(19)：36—39．
[3】國家環(huán)境保護總局，水和廢水監(jiān)測分析方法編委會．水和廢水監(jiān)
測分析方法[M]．4版．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002．
[4]蔣克斌，蓬松，劉宏杰，等．膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用[M】．北京：中國石化
出版社，2012：144—145．
【5】王曉蓮彭永臻，等．AVO法污水生物脫氮除磷處理技術(shù)與應(yīng)用[M]一E
京：科學(xué)出版社，2009：108．109．
【6】張自杰．排水工程【M]．3版．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1996：65—66．
(下轉(zhuǎn)第82頁)



82 水處理技術(shù)第39卷第6期
部分分解，污泥中非活性無機成分增加。表現(xiàn)為污泥
絮凝性不好，觀察污泥沉降性能時，上清液有懸浮碎
泥，這些細小污泥顆粒沉降性能較差。
這說明由于MBR系統(tǒng)一般污泥齡相對較長，
整體上系統(tǒng)的m(MLVSS)／m(MLSSl明顯低于傳統(tǒng)
活性污泥法。
2．3污泥簟與污泥負荷的相關(guān)性
經(jīng)過長期的對比分析，得出了污泥齡與污泥負荷
之間相互關(guān)系。由圖5可知，污泥齡與污泥負荷之間存
在一定的相關(guān)性，一定的污泥齡有一定的污泥負荷相
對應(yīng)，兩者基本呈線性關(guān)系。當(dāng)污泥齡為20 d時，系統(tǒng)
相應(yīng)的COD污泥負荷在0．25 kg／(kg·d1左右，污泥齡
為50 d時，相應(yīng)的COD污泥負荷為0．12 kg／(kg·d)。


3結(jié)論
膜生物反應(yīng)器處理諾氟沙星制藥廢水時，污泥
齡的最佳運行區(qū)間為20～50 d。
正常運行時，膜生物反應(yīng)器生物處理系統(tǒng)
m(MLVSsy，n(MLss)在0．5～0．7，低于傳統(tǒng)活f生污泥法。
污泥齡與污泥負荷存在一定的相關(guān)性，系統(tǒng)的
污泥齡在20～50 d時，所對應(yīng)的COD污泥負荷大
致在0．12～0．25 kg／(kg。m。
參考文獻：
[1]LawrenceA E，McCarty P L．Unified basis for biological treatment
design and operation[J]．Journal of the Sanitary Engineering
Division，1970，96(3)：757·778．
【2]周帆．活性污泥生物學(xué)與反應(yīng)動力學(xué)[M]．北京：中國環(huán)境科學(xué)出
版社．1989．
[3]張自杰，彭永臻t對現(xiàn)行污泥齡定義的質(zhì)疑及對它的修正建議[J]．
環(huán)境科學(xué)，1984，5(1)：70—73．
[41 Pollice A，Laera G，Satumo D，et a1．Effects of sludge retention tine
on the performance of a membrane bioreactor treating municipal
sewage[J]．Journal ofMenbrane Science，2008，317(1／2)：65—70．
[5】秦麟源．廢水生物處理[M】．上海：同濟大學(xué)出版社，1989．
[6]顧國維，何義亮．膜生物反應(yīng)器一在污水處理中的研究和應(yīng)用[M]．
北京：化學(xué)工業(yè)出版社．2002．
[7】李紅兵，顧國維．中空纖維膜生物反應(yīng)器處理生活污水的特性【J1．
環(huán)境科學(xué)，1999，3(20)：53—56．
[8]高廷耀，顧國維．水污染控制工程[M】一E京：高等教育出版社，1999．
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頁)
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
水處理技術(shù)
TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT
V01．39 NO．6
Jun．，2013 77