低溫時污泥膨脹對MBR中膜污染的影響
摘要:通過一體式膜生物反應裝置考察了在低溫條件下發生污泥膨脹過程中反應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狀結構.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,發現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、污泥絮體形態也是影響膜污染的因素。
關鍵詞:膜生物反應器;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,膜生物反應器(membranebioreactor,MBR)在廢水處理領域得到了廣泛的研究和應用,但膜污染仍是制約MBR推廣應用的主要因素[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器內,MBR可以避免污泥膨脹對系統運行造成的不良影響[3].然而,一些有關MBR的試驗發現絲狀細菌污泥膨脹現象屢有發生,且會對系統穩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量的變化而變化引起的[7]。
本實驗中,MBR在低溫運行期間發生了嚴重的絲狀菌污泥膨脹現象。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。筆者通過傳統微生物鏡檢方法和對活性污泥相關特性測定,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器(見圖1),有效容積為30L。反應器進水通過液位繼電器控制進水泵的啟閉來實現,出水采用間歇抽吸的方式,抽停時間分別為8min和3min,出水管上設真空表和流量計。膜組件采用天津膜天膜技術有限公司生產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)。膜組件正下方設置曝氣管連續曝氣,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,反應器內水溫控制在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 結果與討論
2.1 絲狀菌污泥膨脹發生過程的分析
在MBR低溫運行過程中,測定了污泥指數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,污泥絮體結構密實,活性污泥中微型動物數量大、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,污泥絮體結構松散,微型動物極少,明顯可見大量的絲狀菌結構,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,絲狀菌數量很大,伸出污泥絮體的菌絲相互交叉在一起形成網狀結構(圖3b),發生典型絲狀菌污泥膨脹現象。
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