膜生物反应器操作条件对EPS含量及膜污染的影响

第3O卷第6期2010年12月膜科学与技术MEⅣ田lRANESCIENCEANDTECHN0LOGYVolI30No．6Dec．2010膜生物反应器操作条件对EPS含量及膜污染的影响杨文静，樊耀波，徐国良，袁栋栋，于艳(中国科学院生态环境研究中心水污染控制室，北京100085)摘要：通过3组平行膜生物反应器(MBR)的长期实验，考察了不同污泥负荷和曝气强度下，膜污染状况、EPS浓度及其组分含量之间的关系．结果表明：污泥负荷越高，混合液中所含溶解性EPS含量越高，被污染膜片所粘附的多糖也越多，膜污染速率越快；MBR混合液的可过滤性与溶解性EPS，特别是多糖有较好的线性关系，这表明多糖是重要的膜污染物质．当污泥负荷在0．08kgCOD／(kgMLVSS·d)左右时，反应器能较长时间稳定运行．在稳定运行的系统中，曝气强度对EPS浓度影响不明显．关键词：MBR；胞外聚合物；膜污染；污泥负荷；曝气量中图分类号：TQO28．8；X703．1文献标识码：A文章编号：1007—8924(2010)06—0041—08膜生物反应器(MembraneBioreactor，MBR)是将膜技术和生物处理技术结合的一种新型、高效和发展中的污水处理工艺技术[13，具有出水水质好、污泥产率低和脱氮效果好等优点[2]．MBR出水水质优良的一个重要原因是其具有有效截留水中胶体物质的作用，这是其特有的技术优势，然而，这又造成了被膜截留胶体物质，特别是微生物胞外聚合物(EPS，Extracellularpolymericsubstances)在生物单元的积累和对膜的污染．膜污染导致MBR通量下降、增加膜组件清洗和更换频率、增加MBR投资和运行费用，严重阻碍着MBR的大规模推广和应用．在MBR中，EPS一般有两种存在形式，一种是以松散状态存在于液相的胶体或溶解性物质，即溶解性EPS(dissolvedEPS，S—EPS)；另一种是以附着状态存在于细胞壁上的包囊类聚合物，即附着性EPS(boundEPSorextractedEPS，b-EPS)[引．EPS作为一种优势膜污染物已被大量研究证明和学界承认r】]．近年来，有关MBR中EPS方面的研究报道已较多，但是大多研究针对的EPS问题较为局限和孤立，对所研究问题间的相互关系、MBR运行条件对EPS产生量的影响、进而通过运行条件和控制参数优化来控制EPS膜污染的研究报道较少．此外，已有EPS研究采用的原水大多以人工配水为主，研究结果与处理实际废水的情况存在一定差异．因此，通过研究MBR运行参数对EPS产生的影响规律，以探索有效控制MBR中EPS膜污染的途径与方法，对MBR研究与应用具有明显科学和实用价值．本研究以实际生活污水为处理对象，通过长期运行3套平行的MBR系统，重点考察不同污泥负荷和曝气强度对MBR中EPS浓度的影响及其与膜污染的关系，以探讨膜污染控制机理、有效防止膜污染的途径、最佳运行条件和操作参数，为新型MBR的开发研究与应用提供科学依据和参考．1实验装置、仪器与方法1．1实验装置实验在3组平行一体式MBR实验装置上同步进行；每组实验装置容积为12L，装置示意图参见图1．收稿日期：2009-11-02；修改稿收到Et期：2009—12—21基金项目：国家高级技术研究发展计划(863)项目(2OO6AAO6Z333)；国家自然科学基金资助项目(50678168)作者简介：杨文静(1984一)，女，山西省大同市人，硕士，从事MBR及膜污染机理研究．*联系人膜科学与技术第30卷图1实验装置图Fig．1DiagramofMBRexperimentsetups实验通过选定和保持不同操作条件，观察MBR的水处理效能、EPS含量、组分及膜污染状况．实验装置中采用的膜组件为平板膜．膜组件参数见表1．表1膜组件参数、Table1Specificationsofthemembranemodules项目参数说明制造厂商平均膜孔径／tLm有效膜组件宽／cm有效膜组件长／em单片有效膜面积／m2固有膜阻力R／m一中科膜0．24101OO．023．45×10“1．2实验水质及污泥接种实验原水为本研究中心杂排水，实验水质见表2．接种污泥取自本研究中心污水处理站．在反应器正式运行前，对接种污泥驯化约3O天，然后把驯化后的污泥混合液平均分配到3个平行反应器中，每个反应器的污泥浓度调节到约4000mg／L．表2实验水质Table2Compositionoffeedwater项目浓度COD／(mg·L))／(mg·L)氨氮／(mg·L)总磷(mg·L_)pH浊度／(NTU)1．3实验仪器与方法1．3．1实验仪器实验中常规项目测定采用的仪器与方法参见表3．表3实验仪器与方法Table3Instrumentsof