膜生物膜反应器生物反硝化性能初探

摘要：水中的无机阴离子、重金属离子和有机化合物等氧化性污染物在环境中稳定存在且难降解,不仅污染环境，同时也会对人体造成危害。作为一种新型的膜处理技术，膜生物膜反应器(MBfR)由于其独创性、经济性和对氧化性污染物较好的处理效果而引起了人们的极大关注。本文以MBfR 为研究对象系统介绍了反应器构型和工作原理，详细讨论了MBfR 处理水中硝酸盐污染物的实验研究。

关键词：膜生物膜反应器；生物处理；脱氮

一 绪论

传统的氧化性污染物处理工艺包括离子交换、电渗析和反渗透等,均存在成本高昂、耗能大、需后续处理高浓度废液等问题。对于以上问题,基于微生物利用电子供体还原氧化性污染物的生物还原法受到了研究者的极大关注^[1]。生物还原法分为异养还原和自养还原,异养还原工艺是以醋酸盐、乙醇等有机物为电子供体,该工艺不仅在投加过程需严格控制有机物用量来减少二次污染,同时产生的大量剩余污泥需后续处理,因此不适用于微污染原水的处理^[2]。自养还原工艺是指自养菌可利用无机碳(如HCO₃^-、CO₃^2-)合成细胞,以H₂、S^2-等作为电子供体,以NO₃^--N等的一类氧化态污染物为电子受体(底物)进行呼吸作用,将污染物还原成氮气(N₂)等无毒或低毒形态。相比于上述电子供体,氢气(H₂)MABR采用透气性致密膜(如硅橡胶膜)或微孔膜(如疏水性聚合物膜), 通过膜腔体供氧, 在保持气体分压低于泡点(bubble point)的情况下, 可实现向生物反应器的无泡曝气;并且以膜为载体生长高生物活性的生物膜, 在单一生物膜上来完成废水中污染物的有机碳氧化、硝化和反硝化。

图1.1 MBfR去除污染物原理

膜生物膜反应器（MBfR），是一种基于膜上气转移的新型处理技术^{[3, 4]}。这些膜通常提供一个气态电子供体或受体底物，如氧、氢和甲烷，底物通过膜扩散到膜外表面自然形成的生物膜^[5-7]。互补底物(电子供体或受体)通常从散装液体扩散到生物膜，使MBfR反扩散^[8]。简单地说，电子供体是从膜内转移到膜的外部，和由微生物和污泥形成的生物膜附着于膜的外表面，在生物膜上由于微生物的代谢水体中的污染物转化为无污染、无毒性或低毒性的物质，以达到净化水的目的。

二 MBfR工艺研究进展

刘卓林等^[9]采用以无孔中空纤维为特征的膜生物膜反应器（MBfR）作为以精确控制的速率将O₂直接输送到生物膜的手段，当溶解氧足够时苯虽然可以被生物降解，但是输送的氧气是能量密集的，并且可以导致空气剥离苯。