中试规模膜生物反应器处理源分离尿液：水力停留时间对液体肥料生产的调控机制及农艺优化

本期推荐：本研究创新性地采用中试规模紧凑型膜生物反应器（MBR）处理源分离尿液，系统探究水力停留时间（HRT）对硝化性能（氨氧化菌AOB/亚硝酸盐氧化菌NOB群落平衡）及液体肥料农效的影响。突破传统pH调控模式，揭示HRT缩短至5天时仍可维持植物最佳根冠比，为构建低能耗、小型化现场营养盐回收系统提供关键参数。

　　

Highlight

中试规模紧凑型膜生物反应器系统

开发了全自动中试规模MBR系统（尺寸768×623×1550 mm），采用冰箱式紧凑设计，含200L MBR反应罐和100L渗透液（肥料）储存罐（图1，实物见图S1）。系统底部配备滑轮便于移动，主控面板集成于外门，实现实时监控。

HRT对MBR性能的影响

系统连续运行160天，分为五个阶段：启动期（污泥驯化）、阶段1（传统pH调控模式处理全浓度水解尿液）、阶段2-4（连续进料模式下HRT逐步从5天降至1天）。数据显示，启动阶段（1-72天）在7天HRT时实现稳定硝化（194±11 mgN/L·d），优势菌群为亚硝酸盐氧化菌（NOB）Nitrospira和氨氧化细菌（AOB）Nitrosococcus。当HRT缩短至5天、3天和1天时，氨氮-硝酸盐转化率从40%降至10%，并伴随亚硝酸盐显著累积（AOB/NOB比例失衡导致）。

结论

研究证实HRT是调控尿液MBR系统硝化效能的关键参数：7天HRT下肥料最适合作物生长（罗勒与果园草根冠比最优），而果园草对HRT变化表现出更强耐受性。该成果为开发紧凑型现场营养盐回收系统提供了重要设计依据。

Declaration of competing interest

作者声明无利益冲突。Ho Kyong Shon担任《Desalination》期刊共同主编，但本文审稿流程由其他编辑独立完成。

Acknowledgements

项目获澳大利亚研究理事会（ARC）循环经济营养盐研究中心（IH210100001）资助。