无动力地埋式一体化污水处理设备
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氮素在水体中的过度积累造成了水体富营养化现象，严重危害生态系统安全。一般采用生物法进行废水脱氮。硝化反硝化工艺是应用zui普遍的生物脱氮工艺。近十几年，出现了一些新的脱氮工艺。厌氧氨氧化工艺是其中zui有代表性的突破之一。该方法是利用自养型细菌将氨直接氧化为氮气而实现脱氮的工艺，与传统的硝化反硝化工艺相比具有耗氧量低、运行费用少和不需要外加碳源等优点，是目前已知工艺中的生物脱氮途径之一。
生物反应对环境条件敏感，容易受温度变化影响。绝大多数微生物正常生长温度为20~35℃，低温会影响微生物细胞内酶的活性，在一定温度范围内，温度每降低10℃，微生物活性将降低1倍，从而降低了对污水的处理效果。工艺投入运行后，由于四季的交替和所处的地理位置影响，若不加以人工调控，温度很难保持适宜。而温度调控则会耗费大量的能源。解决这一难题的*途径就是开发高效稳定的低温生物处理工艺。
近年来国内外已有一些研究涉及低温废水生物脱氮技术，提出了一些新方法。笔者将探讨低温对脱氮工艺的影响，比较低温脱氮工艺的运行策略，并据此指出低温脱氮工艺的研发方向。
1低温对脱氮工艺的影响
温度是影响细菌生长和代谢的重要环境条件。绝大多数微生物正常生长温度为20~35℃。温度主要是通过影响微生物细胞内某些酶的活性而影响微生物的生长和代谢速率，进而影响污泥产率、污染物的去除效率和速率;温度还会影响污染物降解途径、中间产物的形成以及各种物质在溶液中的溶解度，以及有可能影响到产气量和成分等。低温减弱了微生物体内细胞质的流动性，进而影响了物质传输等代谢过程，并且普遍认为低温将会导致活性污泥的吸附性能和沉降性能下降，以及使微生物群落发生变化。低温对微生物活性的抑制，不同于高温带来的毁灭性影响，其抑制作用通常是可恢复的。

1.1硝化工艺
生物硝化反应可以在4~45℃的温度范围内进行。氨氧化细菌(AOB)*生长温度为25~30℃，亚硝酸氧化细菌(NOB)的*生长温度为25~30℃。温度不但影响硝化菌的生长，而且影响硝化菌的活性。有研究表明，硝化细菌zui适宜的生长温度为25~30℃，当温度小于15℃时硝化速率明显下降，硝化细菌的活性也大幅度降低，当温度低于5℃时，硝化细菌的生命活动几乎停止。大量的研究表明，硝化作用会受到温度的严重影响，尤其是温度冲击的影响更加明显。由于冬季气温较低而未能实现硝化工艺稳定运行的案例较为常见。U.Sudarno等考察了温度变化对硝化作用的影响，结果表明，温度从12.5℃升至40℃，氨氧化速率增加，但当温度下降至6℃时，硝化菌活性很低。
随着脱氮工艺的不断发展，人们对硝化工艺提出了更高的要求，希望将硝化作用的反应产物控制在亚硝酸盐阶段，作为反硝化或者厌氧氨氧化的前处理技术，可以节约曝气能耗和添加碱量。通过对两类硝化细菌(AOB、NOB)的更多认识，出现了短程硝化工艺。该工艺的核心是选择性地富集AOB，先抑制再限制后冲洗出NOB，使得AOB具有较高的数量而淘汰NOB，从而维持稳定的亚硝酸盐积累。短程硝化过程通常由控制温度、溶解氧、pH来实现。温度控制短程硝化的基础在于两类硝化细菌对温度的敏感性不同，25℃以上时，AOB的大比生长速率大于NOB的大比生长速率。据此提出了*一个工业化应用的短程硝化工艺——SHARON工艺(温度设置为30~40℃〔1〕)。因此，在低温下实现短程硝化颇具挑战。
1.2反硝化工艺
低温对于反硝化有显著的抑制作用，JichengZhong等研究了太湖沉积物中的反硝化作用，经过数月的实验分析发现反硝化速率呈现季节性变化。U.Welander等考察了低温条件下(3~20℃)反硝化工艺的运行性能，研究表明在3℃下反应器的反硝化速率仅为15℃下的55%。相对于传统的缺氧反硝化，温度对好氧反硝化的脱氮效率影响不显著，王弘宇等筛选出的一株好氧反硝化菌，在25~35℃下都能达到大于78%的脱氮效率。表1概括了不同温度下的反硝化速率。
1.3厌氧氨氧化工艺
有学者的研究表明，能够进行厌氧氨氧化反应的温度范围为6~43℃，*温度为28~40℃。在废水生物处理中，活化能的取值范围通常为8.37~83.68kJ/mol，而厌氧氨氧化的活化能为70kJ/mol。因此，厌氧氨氧化属于对温度变化比较敏感的反应类型，温度的降低对其抑制作用明显。
低温对厌氧氨氧化的影响很大，受低温抑制后需要较长时间才能恢复。厌氧氨氧化工艺的运行温度从18℃降至15℃时，亚硝酸盐不能被*去除，导致亚硝酸盐的积累，对厌氧氨氧化工艺有着显著的抑制效果，从而引起连锁效应，使得厌氧氨氧化菌失活〔6,25〕。J.Dosta等〔7〕在研究温度对厌氧氨氧化工艺的*影响时，将试验温度由30℃调至15℃，只有氮容积负荷(NLR)从0.3kg/(m3?d)大幅降低至0.04kg/(m3?d)才能保证出水水质。甚至经30d的驯化仍未见好转，将试验温度调回至30℃运行75d后，污泥活性仅为0.02g/(g?d)，处于较低水平。
无动力地埋式一体化污水处理设备MBR 工艺中常用的膜组件形式有：板框式、圆管式、中空纤维式。(1)板框式
MBR工艺zui早应用的一种膜组件形式，外形类似于普通的板框式压滤机。
优点：制造组装简单，操作方便，易于维护、清洗、更换。
缺点：密封较复杂，压力损失大，装填密度小。
(2)圆管式
由膜和膜的支撑体构成，有内压型和外压型两种运行方式。实际中多采用内压型，即进水从管内流入，渗透液从管外流出。膜直径在 6~24mm 之间。
优点：料液可以控制湍流流动，不易堵塞，易清洗，压力损失小。
缺点：装填密度小。
(3)中空纤维式
组装形式如下图所示：外径一般为40～250μm，内径为25～42μm。在MBR中，常把组件直接放入反应器中，不需耐压容器，构成浸没式膜--生物反应器。一般为外压式膜组件。
优点：耐压强度高，不易变形，不需支撑材料;装填密度高;造价相对较低;寿命较长，可以采用物化性能稳定，透水率低的尼龙中空纤维膜。
缺点：对堵塞敏感，污染和浓差极化对膜的分离性能有很大影响。
MBR膜组件设计的一般要求：
(1)对膜提供足够的机械支撑，流道通畅，没有流动死角和静水区;
(2)能耗较低，尽量减少浓差极化，提高分离效率，减轻膜污染;
(3)尽可能高的装填密度，安装，清洗、更换方便;
(4)具有足够的机械强度、化学和热稳定性。
膜组件的选用要综合考虑其成本，装填密度、应用场合、系统流程、膜污染及清洗、使用寿命等。

应用领域
进入90年代中后期，膜--生物反应器在国外已进入了实际应用阶段。加拿大Zenon公司首先推出了超滤管式膜--生物反应器，并将其应用于城市污水处理。为了节约能耗，该公司又开发了浸入式中空纤维膜组件，其开发出的膜--生物反应器已应用于美国、德国、法国和埃及等十多个地方，规模从380m3 /d至7600m3/d。日本三菱人造丝公司也是世界上浸入式中空纤维膜的提供商，其在MBR的应用方面也积累了多年的经验，在日本以及其他国家建有多项实际MBR工程。日本Kubota公司是另一个在膜--生物反应器实际应用中具有竞争力的公司，它所生产的板式膜具有流通量大、耐污染和工艺简单等特点。国内一些研究者及企业也在MBR实用化方面进行着尝试。
膜--生物反应器已应用于以下领域：
城市污水处理及建筑中水回用
1967年*个采用MBR工艺的废水处理厂由美国的Dorr-Oliver公司建成，这个处理厂处理14m3/d废水。 1977年，一套污水回用系统在日本的一幢高层建筑中得到实际应用。1980年，日本建成了两座处理能力分别为 10m3/d 和50m3/d的MBR处理厂。90年代中期，日本就有39座这样的厂在运行，大处理能力可达500m3 /d，并且有100 多处的高楼采用MBR将污水处理后回用于中水道。1997年，英国Wessex公司在英国Porlock建立了当时世界上大的MBR系统，日处理量达2000m3，1999年又在Dorset的Swanage建成了13000m3/d的MBR工厂。
1998年5月，清华大学进行的一体式膜--生物反应器中试系统通过了国家鉴定。2000年初，清华大学在北京市海淀乡医院建起了一套实用的MBR系统，用以处理医院废水，该工程于2000年6月建成并投入使用，运转正常。2000 年 9 月，天津大学杨造燕教授及其的科研小组在天津新技术产业园区普辰大厦建成了一个MBR示范工程，该系统日处理污水25t，处理后的污水全部用于卫生间的冲洗及绿地浇洒，占地面积为10平方米，处理每吨污水的能耗为0.7kW˙h。驯化就是人为的在某一特定环境条件*处理某一微生物群体，同时不断将它们进行移种传代，以达到累积和选择合适的自发突变体的一种古老育种方法。微生物的驯化是脱氮工艺运用到低温环境中的重要措施，使微生物体内的酶和细胞膜的脂类组成能够适应低温环境，并能在低温条件下发挥作用。大量研究表明，通过适当的驯化策略，经历一定的驯化时间，低温脱氮工艺可以实现稳定运行。