鄒聯(lián)沛，王寶貞，范延臻，秦曉荃
（哈爾濱建筑大學市政環(huán)境工程學院，黑龍江哈爾濱150090）

　　摘要：膜生物反應(yīng)器中MLVSS為4000～5000mg/L時，COD的去除率可達98%左右，NH₃-N的去除率可達99%左右。但隨SRT的繼續(xù)延長，污泥濃度增加，使得內(nèi)源呼吸加劇和大量微生物死亡，導致上清液的COD上升，SMP含量增加，出水COD存在波動性(去除率仍在94%左右)。同時SMP的增加會抑制硝化作用，NH₃-N的去除率會略 有下降，可維持在92%左右。?
　　關(guān)鍵詞：膜生物反應(yīng)器；廢水處理；污泥停留時間；溶解性微 生物代謝產(chǎn)物
　　中圖分類號：X703 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-4602(2000)07-0016-03

Effect of Sludge Retention Time (SRT) on the Performance of Membrane Bioreactor in Domestic Wastewater Treatment
ZOU Lian pei，WANG Bao zhen，F(xiàn)AN Yan zhen，QIN Xiao quan
(School of Municand EnvironEng,Harbin Univof Civil Engand Architec,Harbin 150090,China)

　　Abstract：The removal of COD and NH₃-N in a membrane bioreactor treating synthetic domestic wastewater was about 98% and 99% respectively, when the concentration of MLVSS was 4 000～5 000 mg/L However with the increase of SRT and MLVSS, th e COD concentration of filtrate and Soluble Metabolic Products (SMP) increased d ue to intensified endogenous respiration and the death of microorganisms Co nsequently, there existed fluctuation of effluent COD concentration, but the COD removal rate was still around 94% At the same time, the increase of SMP i nhibited the nitrification, thus the removal rate of NH₃-Ndropped to about 92 %.
　　Keywords: membrane bioreactor;wastewater treatment;SRT;soluble metabolic products

基金項目： "九五"國家科技攻關(guān)課題 (96-909-01-02-04)

　　膜生物反應(yīng)器由膜和生物反應(yīng)器兩部分組成。一般認為，由于膜能將生物污泥全部截留在反應(yīng)器內(nèi)， 所以其污泥濃度可以高出傳統(tǒng)活性污泥法的10倍以上，且能使污泥停留時間(SRT)無限延長 ，這樣便可不排泥或少排泥，減少污泥的處理和處置費用，從而減少占地面積，提高反 應(yīng)器單位體積的處理能力。但隨著SRT的延長，反 應(yīng)器內(nèi)污泥濃度不斷增加，到一定程度則會由于營養(yǎng)的極度貧乏導致微生物大量死亡，產(chǎn)生 大量不可生物降解的細胞殘留物質(zhì)；同時隨著污泥濃度的增加，微生物的內(nèi)源呼吸加劇， 又會產(chǎn)生大量的溶解性微生物代謝產(chǎn)物(SMP),使上清液中的COD上升，出水COD出現(xiàn)波動 。

1裝置及配水

1?1試驗裝置
　　試驗裝置如圖1，圖中6為中空纖維膜組件，膜材質(zhì)為聚砜，膜孔徑為0.34μm，膜組件長度 為0.5m，膜的表面積為1m²；反應(yīng)器的溫度由養(yǎng)魚用的加熱器調(diào)溫至25 ℃；反應(yīng)器的液位由液位平衡箱中的浮球閥進行控制，隨出水流量的變化，可同步保持出水與進水流量 平衡；裝置采用微孔曝氣器，曝氣量由空氣流量計進行調(diào)節(jié)；出水動力由凈水頭壓差(H)提供，新膜放入反應(yīng)器后用玻璃制水射器抽吸出水，然后調(diào)整H使出水流量為60mL/min，此時H為53kPa左右。由于反應(yīng)器體積（液面處）為18L，所以水力停留時間為5h。?

1?2試驗配水
　　試驗用水采用人工配水，由淀粉、蔗糖、氯化銨、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、食用堿等配制而成，COD為336～808 mg/L，NH₃-N為1587～3513 mg/L，TP為247～51mg/L 。

2 運行效果及分析

2?1 反應(yīng)器對COD的去除效果及其分析
　　試驗經(jīng)啟動運行后，出水通量調(diào)至60mL/min，并進行水質(zhì)測定，原水、上清液和膜出水的C OD濃度隨時間的變化如圖2。

　　開始測定時，污泥濃度為672mg/L（以MLVSS計），進水COD為448mg/L，出水COD為48 mg/L，COD去除率為89.3%。在前10d，出水COD較高，去除率在90%左右。其原因是反應(yīng)器內(nèi)MLVSS濃度太低，微生物活性不足，且進水COD在500mg/L左右，HRT為5h，所以污泥微生物對進水有機物的吸附和降解能力較差。在以后的23d出水COD較低，COD去除率最低為90.48%，最高為99.4%.這是因為此時污泥濃度較高,生物活性增強.COD去除率最高時對應(yīng)的MLVSS為5333mg/L，上清液COD（將污泥混合液用濾紙 過濾后測得的COD）為24mg/L。但在之后的15d，上清液COD濃度在138.7mg/L左右，出水COD存在波動性，相應(yīng)的MLVSS為9725mg/L，且高于此值后上清液COD很難降下來。上清液COD如此之高的原因是隨SRT的延長，污泥濃度不斷增加，但到一定程度，由于食料極度缺乏即F/M很小時，微生物間爭奪營養(yǎng)的矛盾異常尖銳，此時有些微生物會產(chǎn)生抗生素，殺死其近緣物種^［1］。其實傳統(tǒng)活性污泥法在污泥濃度維持3000mg/L時，也并 不是所有的污泥微生物都具有生物活性。如Mckinney^［2］指出，在傳統(tǒng)活性污泥法中，對處理生活污水的活性污泥，其中MLSS只含有30%～50%的活的微生物體。而Weddle和Jenkins指出，活性污泥中活的異養(yǎng)微生物只占MLVSS的10%～20%。所以污泥中存在大 量死細菌及其殘留物，據(jù)研究，微生物內(nèi)源呼吸后產(chǎn)生20%的殘存物質(zhì)是難降解的^［2］。為證明這個推測，對進水、上清液、膜出水分別測定COD和BOD₅，7次測得的數(shù)據(jù)見表1。

　　由表1可見，進水的BOD₅/COD比值在0.53左右，說明配水易生物降解；上清液和膜出水的?BOD₅/COD分別約為0.15～0.1，說明上清液和膜出水中存在很多難降解或不可降解有機物。
　　Pitter（皮特）和Chudoba（楚多巴）^［3］已證明，在活性污泥處理工藝中，溶解性微生物代謝產(chǎn)物是在有機物的生物降解過程和微生物的內(nèi)源代謝過程中產(chǎn)生的。SMP為不可生物降解的氧化反應(yīng)副產(chǎn)物，可占殘留COD的2%～10%，并且SMP_nd多為高分子量物質(zhì)。
　　由以上的分析可知，SRT的延長和污泥濃度的增加導致上清液COD偏高。原因有兩方面：①因為F/M值太低，進水COD不足以維持反應(yīng)器中污泥微生物的生長需要，使大量 微生物死亡，而死亡微生物細胞壁的某些組分和粘液層物質(zhì)很難降解，這樣就會導致上清液COD上升；②隨著SRT的延長，營養(yǎng)不足，內(nèi)源呼吸加劇，產(chǎn)生大量 溶解性微生物代謝產(chǎn)物，從而導致上清液COD上升。從試驗還可看出，隨著SRT的延長，出水COD并不太高，是因上清液COD的升高多為高分子量SMP所致，而超濾膜能將這類物質(zhì)截留在反應(yīng)器中，所以出水COD并不太高，但隨上清液COD的波動而波動。
　　2 2 反應(yīng)器對NH₃-N的去除及分析

　　運行初期測定的NH₃-N去除率分別為44.6%和82%，原因是反應(yīng)器中硝化細菌和亞硝化細菌數(shù)量少、亞硝化和硝化能力低所致。但在以后的19d時間里，NH₃-N的去除率最高可達100%，最低也可達90%，此時硝化效果很好，出水含較多的NO₂^--N和NO₃^--N。再繼后的15d時間里NH₃-N的去除率有所下降，出水NO₂^--N和NO₃^--N也有所下降，且存在波動性，但去除率仍維持在92%左右。出現(xiàn)以上現(xiàn)象是因為隨著SRT的延長，產(chǎn)生大量難降解的溶解性高分子物質(zhì)SMP_nd，對硝化細菌存在抑制作用所致。?
　　根據(jù)以上的分析可知，應(yīng)對膜生物反應(yīng)器中的MLVSS進行控制。保持一個什么樣的污泥濃度 能使COD和NH₃-N的去除率最高，這與F/M值有關(guān)。本試驗COD和NH₃-N去除率最高時的MLVSS為6 000mg/L左右，流量Q＝86.4L/d，進水BOD₅為262.5mg/L，反應(yīng)器體積為18L，算出F/M值為0.21 kgBOD₅/(kgMLVSS·d)，處在傳統(tǒng)活性污泥法的F/M值范圍，即0.2～0.4之間。所以，建議膜生物反應(yīng)器的F/M值與傳統(tǒng)活性污泥法一樣，若要利用膜生物反應(yīng)器內(nèi)高濃度活性污泥，只要提高進水的有機負荷便可。?

3 結(jié)論

　　①膜生物反應(yīng)器對COD和NH₃-N的去除率都很高，出水水質(zhì)好，濁度低，可回用作生活雜用水或工業(yè)冷卻水。?
　　②隨著SRT的延長，污泥濃度的增加，反應(yīng)器內(nèi)微生物內(nèi)源呼吸加劇，使得F/M值變小，此時由于食料的極度缺乏，導致大量微生物死亡，其被分解時產(chǎn)生大量不可降解的細胞殘留物質(zhì)。同時，微生物內(nèi)源呼吸的加劇會產(chǎn)生大量難降解的溶解性微生物代謝產(chǎn)物（SMP_nd）分子，使得上清液COD上升，但由于SMP_nd多為高分子物質(zhì)，經(jīng)過超濾膜過濾后， 對出水COD影響不是很大，但會使得出水COD存在波動性。?
　?、鄯磻?yīng)器中SMP_nd積累到一定程度，會抑制硝化作用，NH₃-N的去除率會下降。?
　?、芟鄬碚f，反應(yīng)器內(nèi)SMP_nd的積累對NH₃-N的去除影響比COD的要大，因SMP_nd多為高分子物質(zhì)，超濾膜能起到一定的截留作用。?
　　⑤反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度的控制應(yīng)由F/M值確定，應(yīng)使F/M值處在02～04左右，與傳統(tǒng)活性污泥法相似。

參考文獻：?
［1］馬文漪等環(huán)境微生物工程［M］南京：南京大學出版社，1998?
［2］顧夏聲廢水生物處理教學模式［M］北京：清華大學出版社，1993?
［3］Pitter P，Chudoba JBiodegradability of Organic Substances in the Aquatic Envivonment［M］CRC Press,1990

作者簡介：鄒聯(lián)沛(1969-)，男，土家族，湖北宣恩人， 哈爾濱建筑大學在讀博士研究生，研究方向：水污染控制。?
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收稿日期：2000-03-16