陳梅雪，王菊思，樊耀波，王怡中
(中國科學(xué)院 生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100085)

　　摘　要： 考察了上流式接觸氧化柱和接觸氧化槽與膜系統(tǒng)組成的分離式膜生物反應(yīng)器處理印染廢水的效果，上流式接觸氧化柱—膜反應(yīng)器和接觸氧化槽—膜反應(yīng)器對COD的平均去除率分別為64.3%和81.7%，對色度的平均去除率分別為59.7%和41%。
　　關(guān)鍵詞：膜生物反應(yīng)器；接觸氧化；印染廢水
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)07-0042-03

　　膜生物反應(yīng)器由膜分離系統(tǒng)和生物反應(yīng)器兩部分組成，其中膜分離系統(tǒng)主要起截留作用，而生物反應(yīng)器對水中有機(jī)污染物的去除起著決定性的作用，因而研究與膜系統(tǒng)匹配的生物反應(yīng)器的類型、運(yùn)行條件對提高膜生物反應(yīng)器的處理效果和擴(kuò)大其適用范圍具有十分重要的意義。
　　作者著重研究了采用分離式膜生物反應(yīng)器處理印染廢水時(shí)生物反應(yīng)器的類型選擇及其對處理效果的影響，其中生物反應(yīng)器采用兩種不同流態(tài)的好氧生物接觸氧化形式：一種是上流式接觸氧化柱，內(nèi)裝自制的凹凸棒填料；另一種為接觸氧化槽，內(nèi)裝彈性立體填料。

1 試驗(yàn)方法

　　在北京金羊毛紡廠廢水處理車間進(jìn)行試驗(yàn)，原水取自調(diào)節(jié)池，試驗(yàn)菌種取自氣浮池。
　　采用的膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)如圖1所示。
　　膜單元采用的中空纖維膜組件由中科膜技術(shù)中心提供。接觸氧化槽體積為0.124m³，內(nèi)填有聚酰胺彈性軟填料，定期監(jiān)測接觸氧化槽進(jìn)、出水的COD，色度，濁度，SS和填料絲上的生物量并用電鏡觀察填料絲上生物膜的生長情況。上流式接觸氧化柱是直徑為0.185m、長為1.6m的有機(jī)玻璃柱，空柱體積為0.043m³，凹凸棒填料的間隙率為33%。在上流式接觸氧化柱啟動前先進(jìn)行吸附試驗(yàn)，即向柱中通入原水但不曝氣，測定進(jìn)、出水的COD，色度，濁度，SS并用電鏡觀察填料上生物膜的生長情況。

　　生物處理單元的運(yùn)行條件見表1。

表1 生物單元運(yùn)行條件 項(xiàng)目 接觸氧化槽 上流式接觸氧化柱(不曝氣) 上流式接觸氧化柱(曝氣) HRT(h) 4.96～13.05 1.0～3.7 1.6～2.8 水溫(℃) 20～30 18～27 12～26 DO(mg/L) 4～6 2.3～7.3 　

　　對COD、色度、濁度、SS采用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測定，生物膜樣品經(jīng)戊二醛—鋨酸固定、乙醇脫水，在臨界點(diǎn)干燥、噴金后用掃描電鏡觀察。
　　膜單元的運(yùn)行條件：產(chǎn)水量為8～10L/h，反沖洗壓力為0.1MPa，運(yùn)行壓力為0.15MPa，反沖洗周期為30min，反沖洗時(shí)間為10～15s。

2 結(jié)果與討論

　?、?表2、3是兩類生物反應(yīng)器與膜系統(tǒng)匹配對印染廢水COD、色度平均處理結(jié)果的比較。

表2 對印染廢水COD?的處理結(jié)果比較 類別 接觸氧化槽 上流式接觸氧化柱 COD(mg/L) 去除率(%) COD(mg/L) 去除率(%) 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 原水 326.2 187.5 242.6 　 　 　 435.5 93.6 256.7 　 　 　 生物反應(yīng)器出水 231.0 55.4 133.1 78.4 -3.51 43.5 392.1 35.1 165.1 73.7 -27.0 35.9 膜出水 107.0 7.9 43.5 96.8 49.1 81.7 207.4 7.9 96.8 93.8 22.5 64.3

表3 對印染廢水色度的處理結(jié)果比較 類別 接觸氧化槽 上流式接觸氧化柱 色度(倍) 去除率(%) 色度(倍) 去除率(%) 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 原水 160 80 123 　 　 　 250 80 146.4 　 　 　 生物反應(yīng)器出水 400 80 229 0.2 -2.75 0.88 250 40 113.6 84 -66.7 20.4 膜出水 130 40 74 60.0 19 41 80 30 54 84 37.5 59.7

　?、?從兩種膜生物反應(yīng)器對COD、色度、SS以及濁度的去除情況來看，生物單元出水隨進(jìn)水水質(zhì)變化產(chǎn)生波動，而膜單元出水水質(zhì)均較穩(wěn)定。
　?、?從SS去除情況可以看出，每隔264h左右接觸氧化槽的處理效率會出現(xiàn)一個(gè)由最低到最高再回到最低的變化過程，同時(shí)由生物單元對COD的去除率變化也可看出這一趨勢。生物單元出水COD升高主要是由出水SS升高引起的，在COD去除率處于低值時(shí)出水SS達(dá)到最高值。由于膜單元的截留作用使膜生物反應(yīng)器對COD的總?cè)コ驶痉€(wěn)定在80%以上。COD去除率的周期變化與固定生物膜的生長周期密切相關(guān)，當(dāng)COD處理效率處于上升階段時(shí)填料絲上生物膜的氧及營養(yǎng)物的傳質(zhì)情況良好，此時(shí)生物膜生長速度超過了脫落速度，生物膜處于高活性狀態(tài)，因而對廢水中的污染物有較高的去除率，表現(xiàn)出COD去除率上升。隨著細(xì)菌大量生長、膜厚增加，此時(shí)內(nèi)層膜處于內(nèi)源呼吸階段，經(jīng)過一定時(shí)間后內(nèi)層的營養(yǎng)物耗盡，生物膜的完整性遭到破壞，同時(shí)產(chǎn)生的厭氧氣體在內(nèi)層把膜頂起，使生物膜發(fā)生大塊脫落并露出新鮮的填料表面，完成了一個(gè)生物膜生長周期。脫落的生物膜隨水流從生物反應(yīng)器排出，又被機(jī)械膜截留返回生物池。
　　接觸氧化槽運(yùn)行696h的填料絲電鏡分析結(jié)果分別見圖2、3。

　　圖2所示為填料絲上的生物膜發(fā)生脫落的情形，此時(shí)填料絲上掛有兩層膜，外層膜不均勻且松散，而內(nèi)層膜緊密，其厚度為60～80μm。由圖2可知，在試驗(yàn)條件下當(dāng)內(nèi)膜厚度超過60～80μm時(shí)生物活性發(fā)生變化，生物膜脫落，此時(shí)生物反應(yīng)器的處理效率最低。由圖3可見，在生物膜脫落后露出的填料絲表面上有少量新生細(xì)菌生長。從試驗(yàn)結(jié)果來看，將超濾膜技術(shù)與固定生物膜法相結(jié)合的膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)達(dá)到了比較穩(wěn)定的處理效果，而且整體處理效果不受生物單元周期變化的影響。當(dāng)生物膜處于脫落期時(shí)由于機(jī)械膜的截留作用使得脫落的菌膠團(tuán)返回生物單元，這部分菌膠團(tuán)吸附的COD、有色化合物等也被截留返回接觸氧化槽，從而延長了這些污染物在反應(yīng)器的實(shí)際停留時(shí)間，使出水水質(zhì)保持穩(wěn)定，但會出現(xiàn)接觸氧化槽內(nèi)色度累積升高的現(xiàn)象。
　?、?在不曝氣的情況下上流式接觸氧化柱相當(dāng)于只依靠吸附作用去除污染物。上流式接觸氧化柱在運(yùn)行216h以后達(dá)到色度吸附飽和(可視為填料柱的吸附去除值)，而曝氣后柱中生物量迅速增長。采用有吸附作用的凹凸棒填料使被吸附有色化合物的停留時(shí)間延長，從而提高了色度的去除率，但這類反應(yīng)器易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，運(yùn)行936h的數(shù)據(jù)顯示由于發(fā)生堵塞后氣水混合沖洗造成出水COD、SS升高。圖4為運(yùn)行500h填料表面的電鏡照片，可以看出反應(yīng)器內(nèi)的生物相豐富且有原生動物生長。

3 結(jié)論

　　①接觸氧化槽出水水質(zhì)波動較大，但由于機(jī)械膜的截留作用使得脫落的菌膠團(tuán)又返回生物單元，這部分菌膠團(tuán)所吸附的COD、有色化合物等也被截留返回接觸氧化槽，從而延長了這些污染物在反應(yīng)器的實(shí)際停留時(shí)間，最終使出水水質(zhì)保持穩(wěn)定。
??、谏狭魇浇佑|氧化柱在運(yùn)行一定時(shí)間后易出現(xiàn)堵塞，但對印染廢水可以達(dá)到較高的色度去除率。
　?、鄄捎脙煞N類型的接觸氧化生物反應(yīng)器與膜系統(tǒng)相連組成膜生物反應(yīng)器用于處理實(shí)際印染廢水，膜單元出水水質(zhì)穩(wěn)定，因而進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化后可將膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)用于印染廢水處理。

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　　收稿日期：2001-12-22