摘要:通過一體式膜生物反應(yīng)裝置考察了在低溫條件下發(fā)生污泥膨脹過程中反應(yīng)器的運行效果和膜污染的情況,并從微生物角度分析了引起膜污染的因素。結(jié)果表明,低溫時COD上清液和出水平均去除率分別為85%和92%,發(fā)生絲狀菌污泥膨脹后去除率變化不大。MBR中絲狀菌污泥膨脹形成的過程中,污泥沉降性變差,絲狀菌豐度(FI)由2增加到5,絲狀菌伸出絮體形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).低溫時膜操作壓力隨時間呈直線變化,膜組件的水力清洗周期為15d。在絲狀菌大量繁殖時縮短到7d,膜污染嚴重.通過測定活性污泥的特性,發(fā)現(xiàn)膨脹污泥的胞外聚合物(EPS)總量是正常污泥的3倍,污泥絮體相對疏水性(RH)隨FI的提高而增大。EPS和RH增大后會引起更多物質(zhì)沉積到膜表面,使膜污染速率提高,膜的運行周期變短。進一步的分析表明,混合液粘度、Zeta電位、污泥絮體形態(tài)也是影響膜污染的因素。

關(guān)鍵詞:膜生物反應(yīng)器;低溫;污泥膨脹;膜污染

中圖分類號:X703.1　文獻標識碼:A　文章編號:025023301(2009)0120155205

近年來,膜生物反應(yīng)器(membranebioreactor,MBR)在廢水處理領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用,但膜污染仍是制約MBR推廣應(yīng)用的主要因素[1,2]。一般研究認為,膜的高效分離作用可將微生物全部截留在生物反應(yīng)器內(nèi),MBR可以避免污泥膨脹對系統(tǒng)運行造成的不良影響[3].然而,一些有關(guān)MBR的試驗發(fā)現(xiàn)絲狀細菌污泥膨脹現(xiàn)象屢有發(fā)生,且會對系統(tǒng)穩(wěn)定運行造成一定影響[4,5]。Choi等[6]的試驗表明,在絲狀菌污泥膨脹條件下膜污染情況很嚴重,膜污染速率加快.絲狀菌的大量繁殖對膜污染的不利影響主要是由活性污泥特性如EPS、相對疏水性等隨絲狀菌數(shù)量的變化而變化引起的[7]。

本實驗中,MBR在低溫運行期間發(fā)生了嚴重的絲狀菌污泥膨脹現(xiàn)象。低溫對微生物的代謝作用、水的特性有一定的影響[8],這會進一步影響到MBR在低溫下的運行效果和膜污染情況。筆者通過傳統(tǒng)微生物鏡檢方法和對活性污泥相關(guān)特性測定,從微生物角度分析了低溫絲狀菌污泥膨脹時引起膜污染加劇的原因。

1　材料與方法

1.1　實驗裝置與污水

實驗裝置采用一體式膜生物反應(yīng)器(見圖1),有效容積為30L。反應(yīng)器進水通過液位繼電器控制進水泵的啟閉來實現(xiàn),出水采用間歇抽吸的方式,抽停時間分別為8min和3min,出水管上設(shè)真空表和流量計。膜組件采用天津膜天膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)的聚偏氟乙烯中空纖維微濾膜,膜孔徑012μm,膜面積1m2,膜通量控制為10LΠ(m2·h)。膜組件正下方設(shè)置曝氣管連續(xù)曝氣,曝氣量為0132m3Πh。實驗原水為人工配制的模擬生活污水(見表1),污泥濃度控制在6500mgΠL左右,反應(yīng)器內(nèi)水溫控制在7～8℃。

1.2　分析方法

COD測定采用重鉻酸鉀法測定,MLSSΠMLVSS采用重量法測定,通過真空表測定膜過濾壓差來表征膜污染的大小。活性污泥中絲狀菌相對數(shù)量的大小采用Jenkins等[9]推薦的絲狀菌豐度(filamentindex,FI)來表示,借助于電子顯微鏡(Olympus,CX31)的觀察來確定.FI分為6個等級(0～5):0表示沒有,5表示過量.EPS的提取采用甲醛2NaOH提取法[10],蛋白質(zhì)采用修正的Lowry法測定[11],多糖采用苯酚2硫酸法測定[11],以蛋白質(zhì)和多糖的加和表征EPS總量。污泥絮體的相對疏水性測定方法見文獻[7]。

2　結(jié)果與討論

2.1　絲狀菌污泥膨脹發(fā)生過程的分析

在MBR低溫運行過程中,測定了污泥指數(shù)SVI和絲狀菌豐度FI隨時間的變化情況(圖2),并跟蹤觀察了污泥表觀性狀的變化(圖3).在試驗初期SVI<100,污泥絮體結(jié)構(gòu)密實,活性污泥中微型動物數(shù)量大、種類多,絮體外基本沒有絲狀菌伸出(圖3a),絲狀菌豐度FI值為2。隨著污泥沉降性能的下降,微型動物數(shù)量減少,污泥絮體中有絲狀菌伸出,絲狀菌豐度提高,菌絲逐漸增長.MBR運行15d后SVI>140,污泥絮體結(jié)構(gòu)松散,微型動物極少,明顯可見大量的絲狀菌結(jié)構(gòu),并有較多游離的菌絲.此時,絲狀菌豐度FI值達到最大為5。系統(tǒng)運行1個月后幾乎所有污泥絮體上都有絲狀菌伸出,絲狀菌數(shù)量很大,伸出污泥絮體的菌絲相互交叉在一起形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(圖3b),發(fā)生典型絲狀菌污泥膨脹現(xiàn)象。
 

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