复合式膜生物反应器处理城市污水污泥特性研究

复合式膜生物反应器处理城市污水污泥特性研究

凡广生

凡广生

(中州大学化工食品学院河南郑州450044)

中图分类号：TU992.3文献标识码：A文章编号：41-1413（2012）01-0000-01

在复合式膜生物反应器系统中，附着相微生物在生物处理单元去除有机物过程中起着主要作用，因此对生物膜上微生物是否具有活性及其变化应成为关注的焦点。了解生物膜在生化反应过程中活性的变化，对生物膜反应器的优化控制和管理具有重要意义。

影响微生物活性的因素是多方面的，除了基本工艺参数外，还包括膜分离对无机物质的截留以及膜分离本身对污泥的作用。微生物活性的描述也是多方面的，如污泥指数、污泥活性成分(MLVSS/MLSS)、比去除速率、比耗氧速率以及酶的活性等。本实验中采用污泥指数、污泥的活性成分和比耗氧速率对生物膜及悬浮污泥活性进行分析。

一、实验装置

本研究采用将多种污水处理工艺设计在极其简单的系统装置中，系统由复合反应区和好氧MBR（膜生物反应器）反应区组成。为了利于保持系统内混合液处于良好的紊动和悬浮状态,减小因剪切造成的污泥颗粒破解,提高曝气设备的充氧速率，经过综合比较，根据流体力学原理,自行设计，把反应器设计长方形。复合反应器内设有填料，为提高充氧效率和满足混合液所需的流态，复合反应器底部用穿孔曝气管进行曝气，有利于混合液旋转并防止死角,减小水头损失。微生物附着于填料表面和游移在废水中，除了具有降解有机物的作用以外，还同时具有促进系统反硝化的功能。为保证复合反应区内悬浮污泥量，通过回流泵将部分活性污泥回流至复合反应区。好氧MBR反应区是将中空纤维微滤膜直接放入反应器内，反应器底部安置了曝气器。反应器实际上兼具活性污泥法、生物膜法和膜分离三种处理过程。因此，该工艺是这三种处理方法的有效结合。

二、污泥指数的测定

污泥指数SVI表示，按下式计算：

SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能。SVI值过低，说明泥粒细小，无机质含量高，活性低；SVI值过高，说明污泥的沉降性能不好，并且可能产生污泥膨胀现象。HBR和MBR中活性污泥指数SVI值。

反应器中HBR区和MBR区的SVI值一直保持在120mL/g以下，而且相差不大，系统污泥均保持较好的沉降性能。复合生物反应器中，附着生长的生物膜与悬浮生长的活性污泥两种微生物的相互作用，可以改善悬浮生长的活性污泥的沉降性能，使丝状菌优先生长在生物膜上，有效防止污泥膨胀地发生。

三、MLVSS/MLSS比值的测定

MLVSS/MLSS比值，反映了混合液活性污泥中有机性固体物质部分的含量，它可以间接指示活性污泥生物活性的程度。HBR和MBR中活性污泥的MLVSS/MLSS比值。

HBR、MBR系统中活性污泥的MLVSS/MLSS比值维持在0.5~0.8之间。随着系统运行时间的延长，污泥中开始出现无机质等非挥发性成分的积累，运行后期已进入冬季，气候环境等的变化均对污泥中挥发性成分的构成和含量产生了抑制作用，造成该比值下降，污泥惰性增强，活性降低。试验数据表明，两系统中悬浮生长的活性污泥，其MLVSS的含量无明显差异，附着生长的生物膜并不能显著改变活性污泥的组分构成。

四、比耗氧速率的测定

（一）测定原理

微生物耗氧率是研究好氧生物过程中的重要参数之一。在微生物能量代谢过程中氧气是电子受体，耗氧率直接反映了微生物代谢速率。在污水生物处理领域，经常应用微生物耗氧率研究微生物增长动力学、底物利用动力学，测定污水可生物降解性，讨论有毒或抑制性物质对生物过程中作用等等。从一般意义上讲，耗氧率可以反映对好氧生物过程中的各个方面信息。

（二）测定方法

耗氧速率的测定采用再曝气法：从反应器中取出一定量的混合液移至锥形瓶中，充氧曝气至溶解氧浓度达4~6mg/L，迅速将溶解氧电极插入瓶中并使瓶口密封，瓶内不留气泡，在搅拌条件下，用溶解氧仪记录混合液DO浓度随时间的变化。

由于瓶中无传质发生，则混合液呼吸衰减速率（DO-t曲线斜率）即为微生物耗氧速率（OUR），单位是mgO2/(L.h)，用下式表示

在污水生物处理中，比耗氧速率(SpecificOxygenUptakeRate,SOUR)能准确反映微生物的活性。SOUR是指单位重量的微生物在单位时间内所利用的溶解氧量，根据微生物量可由OUR计算得出

式中X-生物量浓度，以MLSS或MLVSS计。

（三）污泥耗氧曲线及活性计算

根据二级衰减方程的二次项系数即可计算出填料上的污泥和悬浮污泥的微生物耗氧率(OUR)分别为44.814mg02/(L.h)和49.428mg02/(L.h)，同时对填料上的生物量浓度及活性污泥浓度(以MLVSS表示)进行了测定，进而可以得到SOUR(比耗氧率)分别为49.79mg02/(gMLVSS.h)和9.42mg02/(gMLVSS.h)。

（四）不同水力停留时间条件下污泥活性的变化

在不排泥的情况下，待反应器在不同的水力停留时间条件下达到稳定后，对复合反应器内微生物的活性进行了测定。

随着HRT的延长，悬浮污泥的活性先增后减，在HRT=5h时活性较低(为10.28mg02/(gMLVSS.h)，分析认为是由于污泥负荷高，导致反应器内的供氧不足而造成的。悬浮污泥的活性在HRT=7h时达到最大值(为17.13mg02/(gMLVSS.h)。在HRT=10时悬浮污泥的活性又下降到8.24mg02/(gMLVSS.h)，这是由于此时污泥的负荷低，微生物量减少导致活性降低。说明较低的污泥负荷会导致部分细胞死亡和大量微生物失活，因此增加污泥负荷可以刺激反应器中微生物的增长，提高微生物的活性。但过高的污泥负荷使反应器中容易积累可溶性代谢产物，对生物活性有抑制作用。填料上的污泥活性随HRT的变化并不是很大，这也说明由于填料上污泥耐冲击负荷的能力比悬浮污泥的要强；但填料上污泥活性逐渐降低，这是由于生物膜的老化和惰性物质在填料上的积累造成的。

五、结论

1.通过对系统中污泥活性的测定，可知反应器中HBR区和MBR区的SVI值一直保持在120mL/g以下，而且相差不大；系统中活性污泥的MLVSS/MLSS比值维持在0.5~0.8之间，说明系统污泥一直保持较好的沉降性能，且附着生长的生物膜并不能显著改变活性污泥的组分构成。

2.通过再曝气法对系统中悬浮和附着污泥比耗氧速率的测定可知，在反应器挂膜阶段结束时，填料上的污泥和悬浮污泥的SOUR(比耗氧率)分别为49.79mg02/(gMLVSS.h)和9.42mg02/(gMLVSS.h)。且填料上的污泥活性随着HRT的增加而减小，悬浮污泥的活性则随着HRT的增加呈先增后减的趋势。