膜生物反應器是將膜分離技術與傳統的活性污泥法組合而成的污水處理新工藝，在污水處理領域發揮著越來越重要的作用。但隨著廢水排放要求的提高，單一的膜生物反應器很難滿足對高氮、高磷廢水去除率的要求，所以組合式膜生物反應器的應用越來越普遍，具有較好的發展前景。

A/O-MBR工藝是將前置反硝化脫氮工藝與膜分離技術結合的具有高效脫氮除碳功能的組合工藝。一方面，膜生物反應器可截留世代周期較長的硝化細菌，使硝化細菌在反應器中富集，硝化進程較為完全；另一方面，硝化產生的硝態氮可通過前置反硝化轉變成氮氣，使高氨氮廢水中的氨氮得到很好的去除，提高出水的總氮去除率。張爽等應用A/O-MBR工藝處理高濃度氨氮廢水時，出水COD、氨氮及TN的平均去除率分別達到96.17%、97.76%、76.29%。

餐廚垃圾處理過程產生的廢水水質復雜，具有高氨氮、高COD、高鹽分和高SS等特點，處理難度較大，特別是餐廚廢水中含有較高濃度的氮素，如不進行深度處置隨意排放，可引起水體富營養化。目前，我國很多城市對餐廚垃圾及相關廢水的處理處置都制定了嚴格的法律法規。筆者應用A/O-MBR工藝探索餐廚廢水中COD及高濃度氨氮的去除機制，以滿足餐廚廢水的接管排放標準，同時也為餐廚廢水處理的實際工程應用提供參考。

1 材料與方法
 
1.1 試驗裝置與工藝流程
 
試驗裝置位于蘇州某餐廚處理公司內，其工藝流程如圖 1所示。

 A/O-MBR由不銹鋼板制成，總有效容積為 200 L。因脫氮需要，將其分為缺氧池+好氧池+MBR池3個部分。缺氧池與好氧池容積比為1∶3。MBR池中放置中國產PVDF簾式中空纖維膜，膜平均孔徑0.2 μm。

在進水泵作用下，原水由進水池經過1 mm的細格柵提升至缺氧池（圖 1）。采用攪拌器對缺氧池進行攪拌，好氧池由曝氣泵曝氣，MBR池內安裝穿孔曝氣管，采用鼓風機曝氣。采用出水泵使MBR池中的混合液經過膜組件，完成膜過濾，由回流泵將MBR池的污泥及硝化液回流至缺氧池進行反硝化。通過繼電器控制出水，MBR出水方式為抽8 min，停2 min。整個試驗期間定期排泥，MLSS控制在6~13 g/L，通過投加NaHCO3調節pH在6.5~8.0。

1.2 餐廚廢水水質
 
試驗用水為蘇州某餐廚公司餐廚垃圾濕熱水解后產生的廢水，取自綜合池。經過除雜預處理后其水質如表 1所示。

由表 1可以看出，該廢水呈偏堿性，且具有較高的COD、氨氮及總氮，碳氮比在3~6。

1.3 測定項目與方法
 
COD的測定采用重鉻酸鉀法；氨氮測定采用納氏試劑光度法；硝態氮測定采用紫外分光光度法；總氮測定采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法；MLSS測定采用重量法；DO、溫度測定采用METTLER TOLEDO便攜式溶氧儀。

1.4 試驗方法
 
為了優化A/O-MBR工藝對餐廚廢水中高COD及高氨氮的去除效果，試驗共設計了7個工況，具體的試驗方法如表 2所示。

2 結果與討論
 
2.1 A/O-MBR組合工藝對COD的去除效果
 
在反應器運行的140 d中，對MBR上清液及出水的COD進行連續監測。圖 2為A/O-MBR工藝對COD的去除效果。反應器進水COD在5.0×103~8.0×103 mg/L波動，平均進水COD為6 693 mg/L。盡管進水COD呈現波動趨勢，但出水COD穩定在較低水平。組合工藝出水的平均COD為277 mg/L，平均COD去除率達到95.68%。HRT和SRT的調整對COD去除效果影響不大，這表明MBR內較高的污泥濃度增強了反應器抗沖擊負荷的能力。Xiang Zheng等采用A/O-MBR工藝處理染色廢水，COD和BOD5去除率分別達到92.4%、98.4%。

 由圖 2可知，MBR上清液的COD均值為760 mg/L，要比出水COD均值高很多。分析原因可能是餐廚廢水含有較多的難降解大分子有機物質，在膜的截留作用下滯留于反應器內，使反應器上清液COD維持在較高水平。由于膜的高效截留，保證了出水水質的穩定。膜的截留作用對COD去除的平均貢獻率為7.58%。

在反應器運行的第43~52天，在進水中投加了較多的甲醇作為碳源，使得這段時間內進水COD比較高（12 000 mg/L左右），投加碳源的主要目的是增強反硝化效果，消除反應器中積累的硝酸鹽。

2.2 A/O-MBR組合工藝的硝化與反硝化效果
 
2.2.1 對NH4+-N的去除效果
 
A/O-MBR對NH4+-N的去除效果如圖 3所示。由圖 3可知，A/O-MBR在140 d的運行中獲得了較好的硝化效果。系統進水NH4+-N在800~1 100 mg/L之間波動，系統出水NH4+-N的平均質量濃度為2.16 mg/L，平均去除率為99.78%。在HRT不斷減小的情況下，對NH4+-N的去除效果未產生影響。可見，膜的高效截留作用使反應器內富集了大量硝化細菌，相對于傳統的活性污泥工藝，顯著增強了系統的硝化效果。將回流比由200%提高至300%，也未對硝化效果產生明顯影響。同時膜的截留作用對NH4+-N的去除作用微乎其微，平均貢獻率為0.03%。張爽等運用A/O-MBR處理高濃度氨氮廢水，當硝化液回流比為2，碳氮比為6時，對NH4+-N的平均去除率高達97.76%，同時膜截留作用對NH4+-N去除的平均貢獻率為0.9%。這與本試驗的結果較一致。

 2.2.2 NO3--N的變化
 
圖 4為反應器內NO3--N的變化趨勢。由圖 4可知，MBR上清液及出水的NO3--N經歷了較大變化，反應器出水NO3--N容易積累。分析原因主要是由于餐廚廢水是高氨氮的廢水，A/O-MBR硝化作用比較強，會產生大量的NO3--N，這需要系統具有較強的反硝化作用，及時將產生的NO3--N轉化成N2。但餐廚垃圾濕熱水解后產生廢水中的COD有相當部分是可生化性比較差的有機物質，這使得反硝化可利用的碳源不足，嚴重削弱了系統的反硝化效果，導致NO3--N積累。

 在反應的前25 d，出水的NO3--N不斷上升，第25天時出水NO3--N高達542 mg/L。投加甲醇作為碳源之后，出水的NO3--N在富碳源情況下被迅速消耗。在第58~88天進行了最佳碳源（甲醇）投加量的探索性試驗。在投加少量碳源的情況下，可以看到第58~73天NO3--N依然出現緩慢的積累。增加碳源投加量后，出水硝態氮下降。向廢水中投加1 500 mg/L甲醇時，反應器中基本沒有NO3--N積累。在反應器運行后期，出水NO3--N穩定在20 mg/L左右。Jinyou Shen等運用A/O-MBR工藝處理高濃度硝酸鹽（3 600 mg/L）廢水，當控制反應器的pH在7.5~8.5、碳氮比為1.56、HRT為30 h時，硝酸鹽氮去除率為99.9%，并且反應器中無亞硝態氮的積累，這個結果與筆者投加碳源情況下獲得的結果較一致。

2.2.3 對TN的去除效果
 
圖 5為A/O-MBR工藝對TN的去除效果。

 由圖 5可知，進水TN在1 027~1 527 mg/L之間波動，出水TN則在25~576 mg/L之間波動，去除率為54.14%~97.46%，平均去除率為78.88%，其中膜截留作用對TN去除的平均貢獻率為2.47%。潘懿等應用A/O-MBR處理城市污水，MBR段污泥質量濃度為18~21 g/L、HRT為4.4~4.8 h、回流比為300%時，TN去除率達到76.1%，這兩篇文獻報道的去除率與試驗得出的TN平均去除率比較接近。

由圖 4和圖 5分析可知，出水TN的變化趨勢與出水NO3--N的變化呈現一致性，且出水TN大部分是由NO3--N的積累引起的，只有少量的有機氮和氨氮。因此提高出水TN去除率的方法是增加系統對NO3--N的去除效果，即增強系統的反硝化效果。

2.3 最佳碳源投加量的探索
 
一般污水中的BOD5/TN>3~5即認為碳源充足，無需外加碳源。在試驗的第58~88天，將硝化液回流比設置為300%，考察進水投加不同量的甲醇（體積分數>99%）作為碳源對系統脫氮效果的影響，投加量分別為500、1 000、1 500、2 000 mg/L（以甲醇所占的COD計）。 圖 6為不同甲醇投加量下，進、出水TN及NO3--N的變化趨勢。

 由圖 6可知，當進水中的甲醇投加量為500、 1 000 mg/L時，出水中的NO3--N依然會累積，出水TN和NO3--N呈現上升趨勢，出水TN由最初的78 mg/L逐步提高到309 mg/L，NO3--N由65 mg/L提高到283 mg/L。當甲醇投加量≥1 500 mg/L時，出水的TN和NO3--N逐漸下降，出水TN由309 mg/L降至101 mg/L，NO3--N由283 mg/L降至63 mg/L。在反應器運行后期，當進水投加甲醇1 500 mg/L時，出水NO3--N很少積累（20 mg/L左右），出水TN<80 mg/L，獲得了良好的反硝化效果。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

2.4 反應器內MLSS的變化及膜污染情況
 
MBR池的跨膜壓差在經歷了開始9 d的緩慢增長后，在第10天開始快速上升，于第28天達到22 kPa，此時取出膜組件進行第1次清洗及藥劑浸泡。隨后當反應器維持較高的污泥質量濃度（9~13 g/L）時，TMP增長緩慢，在100多天的運行中未進行膜清洗。膜清洗步驟為先對膜面進行簡單的物理清理，然后進行化學清理。化學清理時先用質量分數為0.5%的次氯酸鈉溶液浸泡5 h，再用質量分數為2%的檸檬酸鈉溶液浸泡4 h，最后用清水浸泡。膜組件清洗后取得了良好的效果。

膜生物反應器內MLSS的變化趨勢大體上為波動中上升。MLSS由最初的4.727 g/L逐步上升，最終穩定在9~13 g/L。MLSS波動的主要原因是對反應器進行了排泥操作。在反應器運行約兩周后對其進行排泥，初始的排泥量約為反應器體積的1/20，之后隨著進水負荷的增加，適當增加排泥量，最后使反應器的污泥質量濃度維持在9~13 g/L左右。

3 結論
 
（1）采用A/O-MBR工藝處理餐廚廢水，出水 COD、NH4+-N、TN的平均質量濃度分別為277、2.16、271 mg/L，平均去除率分別為95.68%、99.78%、79.43%，系統對TN去除效果不理想與反硝化可利用的碳源不足及碳氮比偏低有關。（2）由于反硝化不足造成系統對TN去除效果不理想，在回流比為300%的情況下，向進水投加1 500 mg/L（以COD計）以上的甲醇作為碳源，出水的COD、NH4+-N、TN平均為275、2.10、71 mg/L，對應的平均去除率分別達到95.35%、99.77%、95.01%。（3）將MBR池的MLSS控制在9~13 g/L時，膜壓增長緩慢。