错流式动态膜2生物反应器中污泥活性的研究

　　2. 3　OUR的变化

　　图6为反应器运行期间OUR与SOUR在的变化。一般来说,OUR可以表征整个反应器内单位体积内微生物总的活性,而SOUR是表征单位污泥的活性。图中表明,污泥投加后的开始1～5 d, OUR 与SOUR都急剧下降至最低点,随后又开始回升。这是由于原来间歇式培养的污泥忽然受到离心泵的巨大剪切力,造成大量的微生物死亡,一部分菌种存活下来, 并繁殖成优势种群。在随后的运行过程中,OUR不断升高,而SOUR持续下降一段时间最终趋于平稳。从图7中SOUR与MLSS的关系来看, SOUR是随着污泥浓度的增加而减小的。在第12 d时,MLSS为2821 mg/L, SOUR的值为3. 4 mg O2 /g SS·h,在第39 d 时, MLSS 为7220 mg/L, SOUR 的值只有1. 3 mg O2 /g SS·h 。两者的关系可以拟合为:SOUR = 3. 927exp ( - 1. 487MLSS) (1)在一定的环境条件下,总的生物活性应该与总的生物量呈正相关。微生物的活性反应了细胞新陈代谢的旺盛程度,本质上是细胞内各种酶促反应的反映,酶数量的多少代表了酶活性———微生物活性的高低[ 17 ] 。微生物活性的高低与底物的浓度又有很大关系。在HRT不变的情况下,污泥浓度的升高必然导致食料比( F /M)的降低。根据其他研究者的报道,实验中得到的SOUR值均高于本文得到的值。Hasar 等在研究浸没式MBR的污泥活性时,得到的各个不同污泥浓度下的SOUR要比本实验的值高10 倍左右; B rockma[ 1 ]等研究错流式MBR 的污泥活性的实验中, 得到5. 2 mg O2 /g SS·h SOUR。本实验得到的SOUR 偏低的原因有几个方面:第一,在错流式MBR中的由于水泵的强烈剪切力,反应器内的生物活性要低于传统活性污泥法;第二,实验中污泥有机负荷一直较低,为 0. 3 g COD /gMLSS·d左右。

　　图 6　OUR与SOUR在反应器运行期间的变化Fig. 6　Variation ofOUR and SOUR over the experiment

　　图 7　SOUR与MLSS的关系Fig. 7　Relationship between SOUR andMLSS
但从图8中NH+4 和NO-2 的氧化速率和异养菌耗氧呼吸速率来看,三者的SOUR在下降一段时间后,在第50 d以后维持在比较稳定的水平。在实验启动时污泥活性急剧减小,可能的原因是由于污泥受到强烈水力冲击,微生物的生长环境因素改变而致。从图8和图4的比较来看, SMP的积累对硝化菌和亚硝化菌有一定影响,当上清液中TOC达到一定浓度时, NH+4 和NO-2 的氧化速率开始降低,在50 d之后NH+4 和NO-2 的氧化速率保持比较稳定的水平,分别达到0. 11和0. 24 mg O2 /g SS·h。说明SMP无论对异养菌、硝化菌和亚硝化菌的活性都有一定程度的抑制。经过一定时间后,微生物可逐渐适应这种生长环境,从出水水质来看,反应器的脱氮效果仍十分明显,系统中的污泥略呈红褐色,说明污泥中硝化细菌的比例较高。

　　2. 4　操作参数对动态膜通量的影响对于MBR运行来说,通量衰减的速度越慢

　　图 8　异养菌、硝化细菌、亚硝化细菌耗氧呼吸速率在运行过程中的变化

　　Fig. 8　Variation of oxidation rates of heterotrophic substrate, NO -22N,NH+42N

　　本实验反冲洗周期根据通量而定, 当通量衰减到10 L /m2 ·h,必须对膜进行水力反冲洗,然后进行重新涂膜。考察了不同工况下的操作参数对动态膜通量衰减的影响和涂膜与未涂膜的比较。通量大小对错流速度最为敏感。在第95 d到第115 d阶段内,操作压力维持在0. 05MP,错流速度的对假拟稳定状态之后的通量衰减的影响,如图9所示。可以看到,在0. 5、1. 0、1. 5 m / s的3种流速下,分别为89、136和232 h,流速较大的情况下,通量衰减的速度较慢。Schiener等认为[ 18 ] ,膜面流速较大,颗粒在膜表面难以沉积,能够进入膜内部的高分子有机物、胶体颗粒的数量就少,膜孔堵塞的速率就慢。

　　图 9　错流速度对通量衰减的影图Fig. 9　Effect of cross2flow rate on flux decease rate

　　在从第61 d到第94 d的阶段内,分别改变操作压力,考察压力的影响。在此阶段,进行了5次反冲洗,运行状况如表1所示。

　　可以看出,无论是在涂膜或不涂膜的情况下,压力越大,虽然初始的假拟稳定状态的通量也大,但通量衰减的速度就越快。直接过滤同相比动态膜过滤,通量衰减的速度更快,在0. 1和0. 05MP的情况下,只能维持56 h和99 h。压力对通量衰减的影响有2方面。第一,跨膜压力大,作用在颗粒上的推动力也就越大,颗粒也就越容易进入膜层内部[ 19 ] ;第二,活性污泥的可压缩性很大,作用在滤饼上的压力越大,滤饼比阻也会增加。

表1　不同跨膜压力下通量的衰减情况

Table1 　Flux decrea se under d ifferen t 
tran sm em brane pressures 
压力(MP)    过滤方式          衰减时间( h)            错流速度(m / s)     MLSS (mg/L) 
0. 2         动态膜过滤                    89                           1. 5                     6324 
0. 1          动态膜过滤                  128                           1. 5                    6221 
0. 075      动态膜过滤                  219                          1. 5                    6483 
0. 05         动态膜过滤                 278                           1. 5                   6543 
0. 1           直接过滤                      56                              1. 5                 6716 
0. 05         直接过滤                     99                              1. 5                  6577 

　　3结论

　　经过180 d的运行,错流式MBR处理模拟己内酰胺废水的实验结果表明,系统的脱氮效率达到80%以上,动态膜对上清液中的高分子有机物的拦截作用十分明显。由于膜的拦截作用, SMP在反应器内的不断积累,特别是较高分子量有机物。在起始阶段,反应器内的污泥由于受到水泵剪切力的作用,生物浓度急剧下降,随后又开始回升。 SOUR随着运行时间和污泥浓度的增加而不断减小,达到一定阶段以后趋于稳定。异样菌、硝化菌、亚硝化菌由于F /M的降低和SMP的积累,活性受到了一定的抑制作用。相对来说, CMBR的污泥活性要低于常规工艺,如传统活性污泥法和浸没式MBR,但系统的硝化效果仍然明显。通过实验可以说明,错流式膜生物反应器中应用动态膜可以达到理想的生化效果。操作参数中,跨膜压力越大,错流速度越大,通量衰减得也就越快。

　　参考文献

　　[ 1 ] BrockmaM. , Seyfried C. F. Sludge activity and cross2flowmicrofiltration2A non2beneficial relationship. Wat. Sci.Tech. , 1996, 9: 205～213

　　[ 2 ] Chudoba J. Inhibitory effect of refractory organic compoundsproduced by activated sludge microorganisms on microbial ac2tivity and occulation. Wat. Res. , 1985, 19: 197～200

　　[ 3 ] Rappaport S. M. , Richard M. G. , Hollstein M. C. , etal. Mutagenic activity in organic wastewater concentration.Environ. Sci. Tech. , 1979, 13: 957～961

　　[ 4 ] RossN. , DeschenesL. , Bureau J. , et al. Ecotoxicologicalassessment and effects of physicochemical factors on bio2