低温时污泥膨胀对MBR中膜污染的影响
摘要:通过一体式膜生物反应装置考察了在低温条件下发生污泥膨胀过程中反应器的运行效果和膜污染的情况,并从微生物角度分析了引起膜污染的因素。结果表明,低温时COD上清液和出水平均去除率分别为85%和92%,发生丝状菌污泥膨胀后去除率变化不大。MBR中丝状菌污泥膨胀形成的过程中,污泥沉降性变差,丝状菌丰度(FI)由2增加到5,丝状菌伸出絮体形成网状结构.低温时膜操作压力随时间呈直线变化,膜组件的水力清洗周期为15d。在丝状菌大量繁殖时缩短到7d,膜污染严重.通过测定活性污泥的特性,发现膨胀污泥的胞外聚合物(EPS)总量是正常污泥的3倍,污泥絮体相对疏水性(RH)随FI的提高而增大。EPS和RH增大后会引起更多物质沉积到膜表面,使膜污染速率提高,膜的运行周期变短。进一步的分析表明,混合液粘度、Zeta电位、污泥絮体形态也是影响膜污染的因素。
关键词:膜生物反应器;低温;污泥膨胀;膜污染
中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:025023301(2009)0120155205
近年来,膜生物反应器(membranebioreactor,MBR)在废水处理领域得到了广泛的研究和应用,但膜污染仍是制约MBR推广应用的主要因素[1,2]。一般研究认为,膜的高效分离作用可将微生物全部截留在生物反应器内,MBR可以避免污泥膨胀对系统运行造成的不良影响[3].然而,一些有关MBR的试验发现丝状细菌污泥膨胀现象屡有发生,且会对系统稳定运行造成一定影响[4,5]。Choi等[6]的试验表明,在丝状菌污泥膨胀条件下膜污染情况很严重,膜污染速率加快.丝状菌的大量繁殖对膜污染的不利影响主要是由活性污泥特性如EPS、相对疏水性等随丝状菌数量的变化而变化引起的[7]。
本实验中,MBR在低温运行期间发生了严重的丝状菌污泥膨胀现象。低温对微生物的代谢作用、水的特性有一定的影响[8],这会进一步影响到MBR在低温下的运行效果和膜污染情况。笔者通过传统微生物镜检方法和对活性污泥相关特性测定,从微生物角度分析了低温丝状菌污泥膨胀时引起膜污染加剧的原因。
1 材料与方法
1.1 实验装置与污水
实验装置采用一体式膜生物反应器(见图1),有效容积为30L。反应器进水通过液位继电器控制进水泵的启闭来实现,出水采用间歇抽吸的方式,抽停时间分别为8min和3min,出水管上设真空表和流量计。膜组件采用天津膜天膜技术有限公司生产的聚偏氟乙烯中空纤维微滤膜,膜孔径012μm,膜面积1m2,膜通量控制为10LΠ(m2·h)。膜组件正下方设置曝气管连续曝气,曝气量为0132m3Πh。实验原水为人工配制的模拟生活污水(见表1),污泥浓度控制在6500mgΠL左右,反应器内水温控制在7～8℃。
1.2 分析方法
COD测定采用重铬酸钾法测定,MLSSΠMLVSS采用重量法测定,通过真空表测定膜过滤压差来表征膜污染的大小。活性污泥中丝状菌相对数量的大小采用Jenkins等[9]推荐的丝状菌丰度(filamentindex,FI)来表示,借助于电子显微镜(Olympus,CX31)的观察来确定.FI分为6个等级(0～5):0表示没有,5表示过量.EPS的提取采用甲醛2NaOH提取法[10],蛋白质采用修正的Lowry法测定[11],多糖采用苯酚2硫酸法测定[11],以蛋白质和多糖的加和表征EPS总量。污泥絮体的相对疏水性测定方法见文献[7]。
2 结果与讨论
2.1 丝状菌污泥膨胀发生过程的分析
在MBR低温运行过程中,测定了污泥指数SVI和丝状菌丰度FI随时间的变化情况(图2),并跟踪观察了污泥表观性状的变化(图3).在试验初期SVI<100,污泥絮体结构密实,活性污泥中微型动物数量大、种类多,絮体外基本没有丝状菌伸出(图3a),丝状菌丰度FI值为2。随着污泥沉降性能的下降,微型动物数量减少,污泥絮体中有丝状菌伸出,丝状菌丰度提高,菌丝逐渐增长.MBR运行15d后SVI>140,污泥絮体结构松散,微型动物极少,明显可见大量的丝状菌结构,并有较多游离的菌丝.此时,丝状菌丰度FI值达到最大为5。系统运行1个月后几乎所有污泥絮体上都有丝状菌伸出,丝状菌数量很大,伸出污泥絮体的菌丝相互交叉在一起形成网状结构(图3b),发生典型丝状菌污泥膨胀现象。
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