进水的组成和污泥特性对膜生物反应器的影响.docVIP

进水的组成和污泥特性对膜生物反应器的影响 　膜生物反应器(membrane bioreactor , MBR) 相对于传统的活性污泥法来说, 具有出水质量好、占地面积小等优点, 因而备受关注. 但它的一个突出的缺点是膜污染. 膜污染使得过滤通量下降, 操作成本增加, 制约了MBR 的进一步发展与广泛应用,要有效地控制膜污染, 首先要深入理解膜污染的机理. 膜污染的影响因素很多, 一般包括膜的特性(如膜的材质, 孔径和憎水性 ) 、操作方式(如间歇出水、临界膜通量下的恒通量操作) 以及操作条件(如膜表面的错流速度、污泥停留时间、污泥浓度 、污泥粒度分布与污泥的憎水性、表面电荷及微生物活性等) . 然而, 有关MBR 中进水组成(如COD∶N∶P) 对膜污染的影响的报道却很 少见. 碳源、氮源和磷源是微生物生长、繁殖所必需的3 种基本营养物质. 但是许多工业废水(如食品工业废水、酿造废水、制药废水、皮革废水和化工废水等)都存在氮、磷营养元素缺乏的问题[11 ] . 而当前MBR在工业废水处理领域的应用范围正在不断拓宽.当MBR 中缺氮或缺磷时, 微生物的生长特性(如微生物的活性、群落及数量等) 可能会发生相应的变化, 进而对膜污染产生影响. 为此, 本研究考察了进水组成限氮或限磷时, MBR 中的微生物特性以及对膜污染的影响, 探讨了其膜污染的机理, 以期为膜污染的防治、延长膜的使用寿命、降低操作成本以及促进MBR 的推广应用提供一定的理论依据。 1. 1 　试验装置及条件 在本试验中, 3 套完全相同的MBR 并列运行, 在每套MBR 中, 中空纤维帘式膜组件浸没在有效容积为9 L 的有机玻璃生物反应器中.所用膜组件(杭州浙大凯华公司提供) 的膜过滤面积为0115 m2 , 膜孔径为011μm , 材质为聚丙烯. 膜组件下置曝气管, 为微生物供氧, 同时冲刷膜表面,以减缓膜的污染. 膜出水由蠕动泵抽吸, 并保持出水通量恒定在8 LP(m2·h) ,出水泵按开12 min , 停2 min自动控制. 水力停留时间为818 h , 系统不排泥. 通过自动液位控制器来保持反应器的液位恒定. 反应器内的温度通过自动温控装置维持在21 ℃左右. MBR 的进水采用人工配水, 其组成包括蔗糖、尿素、KH2 PO4 和一定量的微量元素. 进水COD 刚开始控制在300 mgPL左右, 从第57 d 后改为约450mgPL左右. 通过控制尿素和KH2 PO4 的加入量使得3 个MBR 中的进水组成COD∶N∶P 分别为100∶5∶1(正常) , 100∶1∶1 (限氮) , 100∶5∶012 (限磷) . 用NaHCO3 调节进水pH 值为7 左右. 1. 2 　分析方法 本试验用U 形管水银压力计测定膜过滤压差来表征膜污染的大小. 污泥絮体的相对憎水性的测定方法见文献. 膜纤维的憎水性用其动态接触角来表征, 所用仪器及测定方法见文献. 污泥絮体的相对憎水性和膜纤维的憎水性均取3 次测量的平均值, 其标准偏差分别为3 %～5 %和4 %～7 %.污泥絮体的形状用光学显微镜来观察. 膜表面的微观形态用扫描电子显微 镜来观察, 其中污染后膜的样品取自操作周期末. 2 　结果与讨论 2. 1 　进水组成对污泥浓度和出水水质的影响本试验对3 个MBR 中的活性污泥浓度进行了 监测. 整个运行过程(持续时间长达90 d) 没有排泥. 由图2 可见, 进水正常和限磷的MBR 的污泥浓度在整个过程中保持了较快的增长速度, 最后达到了8 gPL左右. 而进水限氮的MBR 中, 污泥浓度增长缓慢, 最后只达到了约5～6 gPL. 这是由于氮元素是微生物合成蛋白质必不可少的重要原料, 氮源不足, 微生物正常的生长代谢必然要受到很大影响. 这从污泥颜色和形态的变化也可以反映出来:在进水限氮的MBR 中, 污泥颜色和形态从最初的土黄色颗粒状污泥逐渐变为灰白色的以丝状菌为主体的污泥, 用目测都可知其污泥浓度很低. 而另外2 个MBR 中的污泥形态在整个操作过程中始终变化较小: 进水正常的MBR 中的污泥基本保持颗粒状形态; 进水限磷的MBR 在运行后期(约50 d 后) ,污泥中丝状菌数量逐渐开始增多, 但增长较缓慢,变化不明显. 这2 个MBR 中的污泥颜色的变化都较小, 呈土黄色, 其中进水限磷的MBR 的污泥颜色稍浅一点. 另外, 本试验是在对接种污泥驯化2 周后, 开始数据测定的, 整个操作过程实际运行时间在100d 以上. 虽然系统没有排泥, 到本试验末还是可以认为近似接近于稳态. 3 个MBR 对COD 的去除效果, 从最初的波动较大, 到最后相对地稳定于各自的平衡点, 也说明了这一点. 事实上, 对于不排泥的系统, 到一定操作时间后, 污泥特性的变化就