SRT对膜生物反应器出水水质的影响研究

邹联沛，王宝贞，范延臻，秦晓荃
（哈尔滨建筑大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090）

　　摘要：膜生物反应器中MLVSS为4000～5000mg/L时，COD的去除率可达98%左右，NH₃-N的去除率可达99%左右。但随SRT的继续延长，污泥浓度增加，使得内源呼吸加剧和大量微生物死亡，导致上清液的COD上升，SMP含量增加，出水COD存在波动性(去除率仍在94%左右)。同时SMP的增加会抑制硝化作用，NH₃-N的去除率会略 有下降，可维持在92%左右。?
　　关键词：膜生物反应器；废水处理；污泥停留时间；溶解性微 生物代谢产物
　　中图分类号：X703 文献标识码： A 文章编号： 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，FAN 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

基金项目： "九五"国家科技攻关课题 (96-909-01-02-04)

　　膜生物反应器由膜和生物反应器两部分组成。一般认为，由于膜能将生物污泥全部截留在反应器内， 所以其污泥浓度可以高出传统活性污泥法的10倍以上，且能使污泥停留时间(SRT)无限延长 ，这样便可不排泥或少排泥，减少污泥的处理和处置费用，从而减少占地面积，提高反 应器单位体积的处理能力。但随着SRT的延长，反 应器内污泥浓度不断增加，到一定程度则会由于营养的极度贫乏导致微生物大量死亡，产生 大量不可生物降解的细胞残留物质；同时随着污泥浓度的增加，微生物的内源呼吸加剧， 又会产生大量的溶解性微生物代谢产物(SMP),使上清液中的COD上升，出水COD出现波动 。

1装置及配水

1?1试验装置
　　试验装置如图1，图中6为中空纤维膜组件，膜材质为聚砜，膜孔径为0.34μm，膜组件长度 为0.5m，膜的表面积为1m²；反应器的温度由养鱼用的加热器调温至25 ℃；反应器的液位由液位平衡箱中的浮球阀进行控制，随出水流量的变化，可同步保持出水与进水流量 平衡；装置采用微孔曝气器，曝气量由空气流量计进行调节；出水动力由净水头压差(H)提供，新膜放入反应器后用玻璃制水射器抽吸出水，然后调整H使出水流量为60mL/min，此时H为53kPa左右。由于反应器体积（液面处）为18L，所以水力停留时间为5h。?

1?2试验配水
　　试验用水采用人工配水，由淀粉、蔗糖、氯化铵、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、食用碱等配制而成，COD为336～808 mg/L，NH₃-N为1587～3513 mg/L，TP为247～51mg/L 。

2 运行效果及分析

2?1 反应器对COD的去除效果及其分析
　　试验经启动运行后，出水通量调至60mL/min，并进行水质测定，原水、上清液和膜出水的C OD浓度随时间的变化如图2。

　　开始测定时，污泥浓度为672mg/L（以MLVSS计），进水COD为448mg/L，出水COD为48 mg/L，COD去除率为89.3%。在前10d，出水COD较高，去除率在90%左右。其原因是反应器内MLVSS浓度太低，微生物活性不足，且进水COD在500mg/L左右，HRT为5h，所以污泥微生物对进水有机物的吸附和降解能力较差。在以后的23d出水COD较低，COD去除率最低为90.48%，最高为99.4%.这是因为此时污泥浓度较高,生物活性增强.COD去除率最高时对应的MLVSS为5333mg/L，上清液COD（将污泥混合液用滤纸 过滤后测得的COD）为24mg/L。但在之后的15d，上清液COD浓度在138.7mg/L左右，出水COD存在波动性，相应的MLVSS为9725mg/L，且高于此值后上清液COD很难降下来。上清液COD如此之高的原因是随SRT的延长，污泥浓度不断增加，但到一定程度，由于食料极度缺乏即F/M很小时，微生物间争夺营养的矛盾异常尖锐，此时有些微生物会产生抗生素，杀死其近缘物种^［1］。其实传统活性污泥法在污泥浓度维持3000mg/L时，也并 不是所有的污泥微生物都具有生物活性。如Mckinney^［2］指出，在传统活性污泥法中，对处理生活污水的活性污泥，其中MLSS只含有30%～50%的活的微生物体。而Weddle和Jenkins指出，活性污泥中活的异养微生物只占MLVSS的10%～20%。所以污泥中存在大 量死细菌及其残留物，据研究，微生物内源呼吸后产生20%的残存物质是难降解的^［2］。为证明这个推测，对进水、上清液、膜出水分别测定COD和BOD₅，7次测得的数据见表1。

　　由表1可见，进水的BOD₅/COD比值在0.53左右，说明配水易生物降解；上清液和膜出水的?BOD₅/COD分别约为0.15～0.1，说明上清液和膜出水中存在很多难降解或不可降解有机物。
　　Pitter（皮特）和Chudoba（楚多巴）^［3］已证明，在活性污泥处理工艺中，溶解性微生物代谢产物是在有机物的生物降解过程和微生物的内源代谢过程中产生的。SMP为不可生物降解的氧化反应副产物，可占残留COD的2%～10%，并且SMP_nd多为高分子量物质。
　　由以上的分析可知，SRT的延长和污泥浓度的增加导致上清液COD偏高。原因有两方面：①因为F/M值太低，进水COD不足以维持反应器中污泥微生物的生长需要，使大量 微生物死亡，而死亡微生物细胞壁的某些组分和粘液层物质很难降解，这样就会导致上清液COD上升；②随着SRT的延长，营养不足，内源呼吸加剧，产生大量 溶解性微生物代谢产物，从而导致上清液COD上升。从试验还可看出，随着SRT的延长，出水COD并不太高，是因上清液COD的升高多为高分子量SMP所致，而超滤膜能将这类物质截留在反应器中，所以出水COD并不太高，但随上清液COD的波动而波动。
　　2 2 反应器对NH₃-N的去除及分析

　　运行初期测定的NH₃-N去除率分别为44.6%和82%，原因是反应器中硝化细菌和亚硝化细菌数量少、亚硝化和硝化能力低所致。但在以后的19d时间里，NH₃-N的去除率最高可达100%，最低也可达90%，此时硝化效果很好，出水含较多的NO₂^--N和NO₃^--N。再继后的15d时间里NH₃-N的去除率有所下降，出水NO₂^--N和NO₃^--N也有所下降，且存在波动性，但去除率仍维持在92%左右。出现以上现象是因为随着SRT的延长，产生大量难降解的溶解性高分子物质SMP_nd，对硝化细菌存在抑制作用所致。?
　　根据以上的分析可知，应对膜生物反应器中的MLVSS进行控制。保持一个什么样的污泥浓度 能使COD和NH₃-N的去除率最高，这与F/M值有关。本试验COD和NH₃-N去除率最高时的MLVSS为6 000mg/L左右，流量Q＝86.4L/d，进水BOD₅为262.5mg/L，反应器体积为18L，算出F/M值为0.21 kgBOD₅/(kgMLVSS·d)，处在传统活性污泥法的F/M值范围，即0.2～0.4之间。所以，建议膜生物反应器的F/M值与传统活性污泥法一样，若要利用膜生物反应器内高浓度活性污泥，只要提高进水的有机负荷便可。?

3 结论

　　①膜生物反应器对COD和NH₃-N的去除率都很高，出水水质好，浊度低，可回用作生活杂用水或工业冷却水。?
　　②随着SRT的延长，污泥浓度的增加，反应器内微生物内源呼吸加剧，使得F/M值变小，此时由于食料的极度缺乏，导致大量微生物死亡，其被分解时产生大量不可降解的细胞残留物质。同时，微生物内源呼吸的加剧会产生大量难降解的溶解性微生物代谢产物（SMP_nd）分子，使得上清液COD上升，但由于SMP_nd多为高分子物质，经过超滤膜过滤后， 对出水COD影响不是很大，但会使得出水COD存在波动性。?
　　③反应器中SMP_nd积累到一定程度，会抑制硝化作用，NH₃-N的去除率会下降。?
　　④相对来说，反应器内SMP_nd的积累对NH₃-N的去除影响比COD的要大，因SMP_nd多为高分子物质，超滤膜能起到一定的截留作用。?
　　⑤反应器内污泥浓度的控制应由F/M值确定，应使F/M值处在02～04左右，与传统活性污泥法相似。

参考文献：?
［1］马文漪等环境微生物工程［M］南京：南京大学出版社，1998?
［2］顾夏声废水生物处理教学模式［M］北京：清华大学出版社，1993?
［3］Pitter P，Chudoba JBiodegradability of Organic Substances in the Aquatic Envivonment［M］CRC Press,1990

作者简介：邹联沛(1969-)，男，土家族，湖北宣恩人， 哈尔滨建筑大学在读博士研究生，研究方向：水污染控制。?
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收稿日期：2000-03-16