膜生物反应器中污泥膨胀与生物泡沫的形成与控制研究进展

膜生物反应器（MBR）因其具有出水水质好、占地面积小和污泥产率小等优点[1]，近年来在污水处理达标排放以及污水回用中发挥着重要作用。通常MBR的污泥泥龄可达15～20d，反应器中MLSS质量浓度为12000～15000mg·L-1，此时有机负荷（F/M）仅为0.05～0.15kg·kg-1·d-1[2]，系统污泥泥龄长、有机负荷低是MBR处理污水的突出特点，但是近年来研究发现这一特点也是膜生物反应器污泥膨胀和生物泡沫形成的诱因之一[3]。You和Sue利用平板膜处理人工模拟生活污水时发现，当DO>2.0mg·L-1、污泥有机负荷为1kg·kg-1·d-1时出现泡沫现象，同时在池内观察到大量的丝状菌存在[4]。Meng和Shi等人在用中空纤维膜处理人工模拟生活污水时，也出现了严重的污泥膨胀现象，通过显微镜观测到池内存在大量丝状菌[5]。当发生污泥膨胀或生物泡沫问题时，膜生物反应器对营养盐的去除效果明显下降。李亚峰等人研究发现，污泥膨胀期间，MBR总氮的去除率下降了1.5%，总磷由70.2%明显下降到19.7%[6]。同时污泥膨胀导致膜污染加剧，膜通量迅速降低。国内外多项工程研究表明，由膜生物反应器内的丝状菌引发的污泥膨胀会加速膜污染，使得池内泡沫增多，对膜组件造成损害。Meng等人的研究发现MBR中过度增殖的丝状菌可截留污水中的纤维状菌体及其它物质，在膜表面形成一层无孔滤饼层，降低膜的过滤性能，甚至完全封堵膜组件[7]。对比正常污泥和膨胀污泥，发现当丝状菌生长到一定数量时，污泥絮体呈现不规则的表面形态，并且颗粒较大，这可能对膜组件的渗滤性能造成严重损害；同时丝状菌结构呈发散状，这种结构易在污水中形成网格，阻碍污泥颗粒的沉降，发生污泥膨胀[8]。随着对MBR系统研究和应用的日趋广泛和深入，反应器内污泥膨胀和生物泡沫的问题也成为当前研究的热点，本文总结了近几年来有关膜生物反应器内污泥膨胀和生物泡沫问题的研究进展，探讨了二者的异同和形成机理，并在此基础上提出相应的控制措施，以期为膜生物反应器的运行管理提供参考。1MBR污泥膨胀和生物泡沫成因解析活性污泥工艺中，污泥膨胀被定义为反应池内污泥体积占池内体积过大，且污泥不易沉降，当污泥体积指数大于200mL·g-1时常被认为发生了污泥膨胀。生物泡沫常常伴随污泥膨胀产生，指的是池表面产生的稳定泡沫和浮渣，但是这一现象不一定与污泥的沉降性能相关，通过调整运行条件，即使当污泥沉降性下降和出水质量降低时，也有可能不产生生物泡沫。MBR运行过程中常见的污泥膨胀类型是丝膜生物反应器中污泥膨胀与生物泡沫的形成与控制研究进展米闯1，谢丽1，周琪1，杨殿海1，ShimHJ2（1.同济大学环境科学与工程学院，上海200092；2.澳门大学土木与环境工程系，澳门853）摘要：总结了近年膜生物反应器内丝状菌污泥膨胀和生物泡沫问题的研究现状，对二者的形成机理做了对比分析，讨论了丝状菌污泥膨胀和发泡的影响条件，并在此基础上提出了相应的控制技术。丝状菌的过度增殖是膜池内污泥膨胀和发泡问题的主要原因，研究丝状菌生长的影响条件，探索实际工程中控制其生长的技术措施，有利提高膜组件的使用寿命，降低膜生物反应器的运行成本。关键词：膜生物反应器；生物泡沫；污泥膨胀；丝状菌；控制技术中图分类号：X703；TQ028.8文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)06-0001-005收稿日期：2010-09-29基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项项目（2008ZX07316-002）；澳门大学研究委员会合作项目作者简介：米闯（1988－），女，硕士研究生，研究方向为城市水污染控制工程；E-mail：michuang226@gmail.com联系作者：谢丽，副教授；联系电话：021-65982692；E-mail：sally.xieli@gmail.com第37卷第6期2011年6月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.6Jun.,20111状菌膨胀，膜的分离作用可以有效的阻止池内活性污泥的流失，但是同时也阻止了丝状菌，尤其是发泡丝状菌的排出。表1总结了MBR系统中发生污泥膨胀和生物泡沫问题时的污泥镜检指标以及相应的运行操作条件。可以看出，膜生物反应器内污泥膨胀或发泡的主要原因是丝状菌的过度增殖，镜检可以观察到大量的丝状菌，丝状菌指数(FI)均在4以上[5,9]c。研究表明，膜生物反应器中丝状菌数量过多或者过少对膜系统的运行都可能产生不利影响。当丝状菌过少或几乎没有时，污泥絮体的体积会很小，从而引起严重的膜孔堵塞；如果丝状菌过量增殖，就会在膜表面形成不透水的滤饼层[8]。丝状菌是膜生物反应器内必不可少的菌种之一，它在膜生物反应器中起到“骨架”作用。张凤君研究了MBR中污泥膨胀