魏林林1，杨曦1，李倩倩1，张隆基2，李维轲1 ，张馨凝1，
沈阳城市建设学院，辽宁 沈阳 110167 2，辽宁新望科技有限公司，辽宁 沈阳110126)
摘要：近年来，由于我国经济社会的发展和人民生活水平的提高，短时间降雨、畜禽养殖业污水排放、水厂养殖业污水排放、工业污水排放和人民生活污水集中排放引起的水体氨氮污染日益严重。这种趋势不仅会造成水体中藻类和微生物的大量繁殖，形成富营养化污染，造成水体中溶解氧的大量消耗，还会造成水生生物的大量死亡，并对生态进行破坏和一定程度上的经济损失。这一现象对现有的水处理工艺造成很大的困难，处理工作者想到运用预投硝化菌的方式进行处理。
关键词：氨氮污染；膜技术；硝化；膜生物反应器
近年来，对于氨氮污染并伴随季节性爆发这一现象，运用传统的氯化法和生物法都不能及时有效的应对。如果采用化学方法去除氨氮,很有可能增加水中消毒副产物的含量。如果采用生化法去除氨氮,大量时间将花在硝化细菌的培养上,如果没有硝化细菌的培养,很可能突发性污染已经结束。通过传统的水处理工艺，无法实现处理突发性氨氮污染措施的及时性。因此，毋庸置疑膜技术作为21世纪十分有潜力的水处理技术，受到了众多水处理厂的关注和应用。
一、氨氮污染的伤害
氨氮污染的损害氨氮本身虽然不会直接对水源地的污染造成任何严重危害,但其通过氧化而生成的硝酸盐和亚硝酸盐却会对环境造成极其严重的损伤。在胃肠道细菌的影响下,硝酸盐被还原成为亚硝酸盐,亚硝酸盐再次与人体内的低铁血红蛋白进行反应而生成低铁血红蛋白,使得人体发育不良。并且亚硝酸盐能够与人体内的蛋白质进行分解从而产生一种叫作胺的物质,这种物质可以被称为具有致癌性的亚硝酸盐。尤其特别是3个月以下的年轻婴儿对高铁血红蛋白病特别敏感。然而,当婴儿血液中约10%的低铁血红蛋白被转化成低铁血红蛋白时,婴儿皮肤上就会发生紫癜等严重的缺氧。
二、预投硝化菌对突发性氨氮的效果
硝化细菌属于一种天然自养细菌,可以通过与其他无机化合物之间的氧化反应获得能量,满足自身的新陈代谢需要, CO2是氧化反应过程中唯一的碳源。硝化细菌具有硝化功能。氨氮的浓度、温度及溶解氧的浓度均对硝化的速率有影响。在夏季,氨的浓度通常很低,硝化速度和处理后过剩氨的细菌种群也非常少。在冬季时,低温抑制了硝化菌等有害微生物的存活和繁殖。而在春、秋季时,氨氮的浓度和温度就有利于提高硝化率。
硝化细菌促生剂投加能促进硝化细菌的生长繁殖,然而由于投加后进水氨氮负荷较低,硝化细菌的活性会受到削弱,如果进水氨氮负荷长期低,甚至会出现硝化细菌死亡的现象。为了进一步考察硝化细菌促生长剂的时效性,优化硝化细菌促生长剂的投加周期,研究了硝化细菌投加周期中氨氮突发污染的实验工艺处理效果,从而保证突发性氨氮的有效处理。
对于硝化细菌的影响因素有：（1）随着温度的升高，硝酸盐和总氮的去除率增加（2）PH 值的大小直接决定了酶的活性。如果一个微生物酶的适应区域范围要小于环境中一种氢离子的化学反应质量浓度,则这些营养素对蛋白质的吸附和酶作用的活性也就会因此而受到一些相应的影响。硝化细菌由于其生长速度慢,产率低,对环境因素比较敏感,因此,硝化的过程往往会发展为生物脱氮的一个具有约束性的步骤。膜生物反应器（MBR）主要是依靠膜的高效性将固液进行分离,保持对系统中足量硝化细菌的氧化和吸收提供良好的有利条件,这也是目前我们在解决系统硝化技术中存在的硝化能力缺陷的重要方法。
三、膜生物反应器（MBR）处理技术
生物萃取反应器的物质膜过滤单位主要用途包括生物超声过滤膜、微滤物质膜和生物萃取过滤膜,用来帮助进行物质脱氮、去除关键的化学有机物和物质降解。膜去除生物化学反应器的膜膜去除率高,其中COD膜的去除率大约为80%～90%,NH3-N去除率高达98%，出水的浑浊度低,处理后的膜出水易易于回收。出水浊度低,处理后出水易回收。在膜型生物化学反应器中,传统的活性污泥法中的二沉池被超滤膜型生物组件所取代,这一改变使得二沉池能够实现高效率的固液分离,解决了在传统的活性污泥方法中,出水时的水质稳定性相对较差和污泥容易产生膨胀等缺点。通过这种处理技术,出水口的水质完全达标且可以满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级甚至a级的标准。
膜工程污染通常以符号表示的阻力方式为泵在膜工程过滤作用过程时泵中的流体污染流动阻力,根据达西定律,膜工程过滤的污染阻力主要可以包括因为膜吸附、堵塞等多种原因作用引起的在膜污染(不可逆性膜污染)时的阻力和浓差性膜极化反应形成的凝聚橡胶层在膜污染(不可逆性膜污染)时的阻力,两者共同相互作用下就会直接造成在, MBR型泵运行时膜过程中过滤膜的电流通量低和持续浓度降低。
膜的性质、料液性质和膜的运行条件等是造成膜污染的主要因素。其中包含薄膜自身的化学特性;例如膜的孔径以及其分布、膜材料、薄层结构、膜一溶质一与另一个溶剂之间的相互作用;被污水所处理的水体水质,尤其重要的是水中各种有机物含量的种类和浓度;操作环境条件,如污泥的土壤年龄、溶解臭氧浓度、薄膜表面的流速、所在地区的温度等; 主要特征包括尺寸,高度,曝气系统的布置等;其他方面的因素,如微生物与个体种群的相互影响,膜本身对于生物膜在土壤中生长的影响,以及细菌胞外聚合物( EPS )的形式及其浓度。
解决薄膜污染的根本性途径就是研制出低成本和高性能、耐污染薄膜。膜改性的主要措施包括:提高膜的亲水性，促进膜的荷电以改善膜的透明性和抗污染性能;积极研究和开发了新型的高通量无机薄膜。
反硝化作用于在无氧或者低氧的环境中,由于兼性的反硝化细胞使亚硝酸盐硝酸盐还原为气态氮,从而可以实现氮的消耗和去除。利用了原水碳源的后置反硝化工艺,一般来说氮的去除率较低,而且内源反硝化的过程中效率也较低,若想要进一步改善脱氮效率就必须再外加碳源,势必会大大增加污水处理的成本。内源性脱氮反应和硝化产物脱硝产氮的反应速率主要还是取决于大型聚碳酸磷菌成体细胞的正常生长发育状况,所以根据目前部分大型聚碳酸磷菌细胞具备快速地进行内源性脱氮反应和硝化产物脱硝产氮的生长能力这一技术优势,对于目前常规的直接反应性硝化产物脱硝用氮生产工艺技术进行了创新改造,能够在细胞缺氧段初期的5~10分钟内就安全完成了各种内源性脱氮反应和硝化产物脱硝产氮的直接反应,实际反应速度一般不会大大幅度低于通过直接反应的硝化产物脱硝产氮的其他直接反应和硝化脱氮菌间接反应进行的各种外源性脱氮反应和硝化产物脱硝产氮的实际反应速度。采用内源脱氮既能够节约外加的碳源,又能够减少废水中残留的污泥数量及对废水进行处理等费用,同时也能够取得良好的脱氮效果。
四、结论
综上所述,当膜中预投的硝化细菌越多,应急能力越强。在投加过程中,可以直接投加理论投加量的一半即可在小时内水质达标。这种处理方法是目前最好的方法。能够直接影响到生物的脱氮效率和硝化效果的主要微生物-硝化反硝化细菌是生物硝化的主要原因。由于硝化细菌的产生周期长,特别是在寒冷季节,由于生产工艺的限制,硝化细菌的生长速率小于损失速率,目前仅依靠技术改造,水处理系统的反硝化效率较低,不仅投资大,而且实际效果也不理想。在系统中接种外源硝化细菌是一种有效的脱氮方法。[7]到目前为止，国内还没有出现商业化的硝化细菌，而国外生产的产品虽然具有比较好的效果，但是价格有些昂贵。
沈阳城市建设学院大学生创新创业训练计划项目（201913208039）