SRT对膜生物反应器MBR的污泥活性和硝化性能的影响欧阳科

广东化工2011年第6期·16·对膜生物反应器(MBR)的污泥活性和硝化性能的影响欧阳科*，谢珊（五邑大学化工与环境工程学院，广东江门529020）[摘要]考察了SRT分别为10d和不排泥2种情况下MBR的运行效果和污泥特征的变化，研究结果表明，随着SRT的减小，比耗氧速率从不排泥时的10.2mgO2/gSSh增加至SRT为10d时的15.9mgO2/gSSh，排泥有助于提高污泥的活性。不排泥运行和SRT为15d两种情况的处理效果基本相同，去除效率均超过90%，继续提高氨氮负荷，M2出水NH4-N浓度增加，因此污泥停留时间应该根据不同的水质来设定。[关键词]膜生物反应器；不同SRT；污泥特征；SOUR[中图分类号]TQ09[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2011)06-0016-02EffectsofDifferentSludgeRetentionTimeonSludgeCharacteristicsinaMembraneBioreactorOuYangke*,XieShan(SchoolofChemicalandEnvironmentalEngineering,WuyiUniversity,Jiangmen529020,China)Abstract:Thepaperpresentanexperimentalstudyonthecharacteristicsofthesludgeinmembranebioreactor(MBR)operationatdifferentsludgeretentiontimes(SRT).2laboratory-scaleMBRswasoperatedatSRTof15daysandnon-dischargeofsludgefortreatmentofmunicipalwastewater.TheresultshowedwiththereduceofSRT,thespecificoxygenconsumptionratesofthesludgealsoincreasedtheshowedthatdischargeofsludgewascontributivetotheincreaseofthebioactivityofsludge.Inthecaseoftreatingthemunicipalwastewater,theresultofthetreatmentwerealmostatthesame,whenNH4-Nloadingratecontinuousincreased,thequalityofeffluentdeterioratedinthecaseof15daysSRT,sotheSRTshouldbesetbythewastewaterquality.Keywords:MBR；differentSRT；sludgecharacterisitics；SOUR膜生物反应器(MembraneBioreactor，MBR)是一种新型高效的污水处理工艺。它用膜组件代替传统活性污泥法(ConventionalActivatedSludge，CAS)中的二沉池。MBR昀大的特点是由于膜的高效分离作用，可将微生物全部截留在生物反应器内，实现了SRT和HRT的完全分离，使污泥停留时间(SRT)无限延长，这样便可不排泥或少排泥，从而减少占地面积，提高反应器的处理能力，同时将长世代周期的硝化菌截留在反应器内，可以确保膜反应器具有较好的硝化性能[1]。但随着SRT的延长，反应器内污泥浓度不断增加，到一定程度时由于营养的贫乏导致微生物大量死亡，产生大量难降解的细胞分泌物质和残留物质，这些死菌体及代谢产物的大量积累，会影响细胞的代谢和系统内生物活性[2]，同时会增加反应器运行的能耗，因此也有人认为膜生物反应器应该适当的排泥[3]。针对这些问题，文章设置了污泥停留时间(SRT)为15d和不排泥两种情况，对其运行状况进行了研究，讨论了不同的污泥停留时间对运行效果、污泥特征以及硝化性能的影响，以期为MBR的运行优化提供参考依据。1实验装置、材料与方法MBR实验装置如图1所示。高位水槽进水泵调节池出水泵膜组件曝气机MBR反应器时间继电器出流图1MBR反应器试验装置Fig.1TheSchematicoftheMBR2个MBR反应器均为浙江凯宏膜技术有限公司生产，水力停留时间(HRT)均为15h，污泥停留时间(SRT)分别为不排泥(以下简称M1)和15d(以下简称M2)两种情况，膜组件均采用聚丙烯中空纤维膜(PP膜，浙江大学生产）。反应器M1、M2的有效体积为40L，膜面积均为0.2m2。膜组件的出水方式采用抽吸式，膜外部进水，内部间歇抽吸出水(抽吸泵10min开、3min关)，膜下方采用小孔鼓风曝气。接种污泥取自广东某污水厂，接种浓度为3.5g/L，试验用水为某小区生活污水，COD，NH4-N，DO等指标均按照参考文献[4]进行测定。2结果与讨论2.1MBR的运行效果图2是反应器运行过程中进出水的CODCr和NH4-N的变化曲线。从图中可见，尽管反应器运行的SRT不同，CODCr和NH4+-N的平均去除率都能达到85%以上。M1反应器的出水CODCr为33.2mg·L-1，NH4+-N为7.6mg·L-1，M2的值相应为39.3和7.9mg·L-1，运行稳定，具有较好的去除效果。两个反应器的处理效果没有大的区别，也就是说针对生活污水，即使采用排泥操作，膜反应器也能取得较好的效果。2.2MBR的污泥活性表1为反应器中的溶解氧和比好氧速率随时间变化值，为便于比较，二个反应器均采用5L/min的曝气量，SRT在15d和不排泥时其溶解氧平均浓度分别为2.8mg·L-1和1.2mg·L-1。试验结果表明SRT对污泥的溶解氧的影响是显著的，不排泥条件下反应器内的溶解氧浓度低的多，这是由于在较长SRT下，污泥浓度也越高，溶解氧很快就被高浓度的污泥所消耗。从反应器中的污泥比好氧速率(SOUR)来看，M1的SOUR是15.9mgO2/(gSS·h)，M2的SOUR降为10.2mgO2/(gSS·h)，表明不排泥的操作方式会导致单位污泥的活性出现较大幅度的下降，这种现象的原因有两个：一是由于反应器中的惰性物质的积累，主要来自于进水、细胞自身分解后的难降解物质(如细胞壁等)和微生物的胞外聚合物(EPS)，这些物质往往会包裹在细胞表面，从而影响细胞活性；二是由于污泥浓度的不断上升导致污泥负荷降低，这种贫营养的状态也使得细胞的活性随着SRT的增加而逐步下降，但活性下降并没有对处理效果产生影响。2.3MBR的硝化性能目前，不排泥条件下MBR的高硝化性能已经得到公认。如果实施排泥操作，那么就有可能将污泥中的硝化菌群排出反应器，其对硝化过程造成的影响值得关注。从图2可见，M1和M2反应器对氨氮的处理效果并没有太大区别，这是因为处理的是生活污[收稿日期]2011-04-01[基金项目]广东省高校优秀青年创新人才项目(LYM10129)[作者简介]欧阳科(1978-)，男，湖北人，博士，讲师，主要从事固废资源化和水处理方面的研究。2011年第6期广东化工第38卷总第218期·17·水，其NH4-N浓度不高(本试验的平均浓度约为65.6mg·L-1)，即使排泥，数量较少的硝化菌也足以处理其中的NH4-N。为了进一步考察进水NH4-N浓度相对较高时，排泥条件下膜反应器的硝化效果，逐步提高进水中的NH4-N浓度和负荷，反应器中的容积负荷和出水NH4-N浓度如图3、图4所示。图5两个反应器中的去除率，从图中可见，随着NH4-N负荷提高，不排泥的M1反应器基本保持稳定，出水NH4-N平均浓度为15.8mg·L-1，运行至98d时去除率达到91.4%，而在M2中，运行的前阶段(63d前)，M2的去除效率与M1相差不大，其出水平均浓度为16.6mg·L-1，继续提升NH4-N负荷，运行至98d时去除率仅为74%，此时出水中的NH4-N急剧增加，昀高达到79.5mg·L-1，出水水质恶化。020406080100050100150200250300350400原水CODM1出水M2出水COD浓度/(mg·L-1)运行时间/d020406080100020406080100120140NH4-N浓度(mg·L-1)运行时间/d进水NH4-N浓度M1出水M2出水图2M1和M2对污染物的去除效果Fig.2TheremovalefficiencyofpollutantinM1andM2表1反应器中的溶解氧和比耗氧速率随时间的变化Tab.1ThevariationofDOandSOURinMBR反应器DO范围/(mg·L-1）DO平均浓度/(mg·L-1）SOURmgO2/(gVSS·h)M10.8～1.81.210.2±2.8M22.1～3.72.815.9±1.70204060801004681012141618202224262830M1出水氨氮浓度氨氮容积负荷运行时间/d出水NH4-N浓度/(mg·L-1)0.100.150.200.250.300.350.400.45NH4-N容积负荷/(gNH4-N·L-1·d-1)图3M1反应器中的容积负荷和出水NH4-N浓度Fig.3ThevolumeloadandeffluentNH4-NofM10204060801000102030405060708090M2出水氨氮浓度氨氮容积负荷运行时间/d出水NH4-N浓度/(mg·L-1)0.100.150.200.250.300.350.40NH4-N容积负荷/(gNH4-N·L-1·d-1)图4M2反应器中的容积负荷和出水NH4-N浓度Fig.4ThevolumeloadandeffluentNH4-NofM10204060801006872768084889296去除率/%运行时间/dM1M2图5M1和M2中的NH4-N去除率Fig.5TheNH4-NremovalefficiencyofMBRs原因是在SRT为15d的M2中，由于频繁排泥，硝化菌会随之大量排出反应器，导致其数量降低，NH4-N负荷相对于污泥中的硝化菌而言浓度过高，此时会产生大量的游离氨，游离氨会对硝化菌产生较大的毒害作用，也会抑制硝化过程，降低硝化菌的硝化活性，使得出水NH4-N浓度增加[5]。从本试验结果来看，NH4-N负荷低于0.3gNH4-N/L.d，两个反应器均运行稳定，出水水质较好，而超过这个负荷后，SRT为15d的反应器硝化效果下降，出水水质恶化。3结论(1)处理生活污水时，2个MBR系统对有机物和氨氮的去除效果良好，尽管反应器运行的SRT不同，COD和NH4+-N的平均去除率都能达到85%以上。M1的值相应为39.3和7.9mg·L-1，M2反应器的出水COD为33.2mg·L-1，NH4+-N为7.6mg·L-1，运行稳定。(2)为考察反应器的硝化性能，提高两个反应器的NH4-N容积负荷至0.3gNH4-N/L·d，两个反应器的硝化效果良好，硝化效率超过90%，继续提高NH4-N容积负荷，SRT为15d的反应器出水NH4-N快速增加，出水水质恶化，因此应用膜反应器处理高NH4-N负荷废水时，需要优化SRT，SRT过短硝化效果恶化。参考文献[1]ElHaulBouhabila，RogerBenAim，HerveBuisson．Foulingcharaeterizationinmembranebioreactors[J]．SeparationandPurificationTechnology，2001，22-23(1)：l23-l32．[2]邹联沛，王宝贞．SRT对膜生物反应器出水水质的研究[J]．中国给水排水，2000，16(7)：16-18．[3]李红岩，杨敏，吴成强．无排泥条件下HRT膜生物反应器硝化性能的影响及其生物群落结构分析[J]．环境科学学报，2005，25(1)：109-1