摘要：膜污染与污泥混合液的性质密切相关，包括污泥浓度、粘度、颗粒粒径分布EPS、亲疏水性及表面电荷等,目前很少有研究考察污泥特性、EPS和溶解性有机物在实际的MBR与脱氮除磷组合工艺中转移转化规律及其对膜污染的影响。本文分析了A2O-MBR系统的生化特点，对研究中主要关注的膜污染物质和因素进行沿程分析，包括污泥混合液、EPS和溶解性有机物，讨论了膜污染物质的转移转化规律。
关键词：EPS；A20-MBR系统膜；转移转化规律
1.A2O-MBR系统的生化处理特点
1.1溶解氧(DO)沿程变化
一般来说，在严格的仄氧环境下，聚磷菌才能大量的释放出磷而处于饥俄状态，为好氧吸磷创造条件，但由于混合液回流会带入DO和NOX-N，因此很难保证严格的厌氧状态，所以在实际的操作中DO<0.2mg几即可。缺氧段，DO会与硝酸盐竞争电子供体，同时抑制反硝化菌的活性，影响到脱氮效果，因此，缺氧段一般要求DO<0.5mg/L。对于好氧段而言，一般认为在DO浓度在2mg/L左右为宜，DO>2mg/L后对硝化速率的影响不大，DO太低也会限制硝化菌的生长速率，其对DO的忍受极限为0.5-0.7mg/L，所以根据经验DO浓度应控制在在2mg/L左右，太高太低都不利[[144]。因此，从整体而言，该A20-1VIBR系统中A20单元各段的DO浓度与传统的A20工艺相当。
1.2氧化还原电位(ORP)沿程变化
通过检测氧化还原电位（ORP）可以间接反映DO的变化的情况，特别是在低DO的情况下。可见原水进入厌氧池后ORP为负值，在缺氧池依然为负值但略有升高，进入好氧池后ORP变为正值，在膜池中进一步升高，出水中ORP最高与消毒剂次氯酸钠的投加有关。
分析DO和ORP的沿程变化，认为A2O-MBR系统各个生物单元具备基本的生化条件，是原水中污染物质得以生化去除的前提。
1.3污泥浓度沿程变化
沿程增加，由于膜的高效截留作用，膜池MLSS在8000mg/L左右，MLVSS具有相似的变化规律。MLVSS/MLSS比值可以大概反映活性污泥的生物活性，四个处理单元都在0.65左右，表明污泥活性较常规活性污泥法稍低，这与膜对污泥混合液的高效截留作用有关，同时与系统所采用的SRT相对较长、MLSS浓度高、污泥负荷率低有一定的关系，考虑到膜池污泥浓度为传统活性污泥法的2倍以上，生物活性稍低对系统性能影响不大，高生物量是MBR系统处理效果和抗冲击负荷的重要保障。
1.4污泥粘度沿程变化
同传统活性污泥法一样，MBR中的污泥粘度与MLSS密切相关，也是膜污染的影响因素。因为随着污泥粘度的增加，会改变曝气时气泡的尺寸、抑制淹没式MBR中中空纤维膜的振动效果，还会影响氧气的传递效果导致DO浓度降低，两者都对膜污染不利。同时，Nagaoka的研究表明膜过滤阻力与污泥粘度有较强的相关性，因为MBR单元EPS的积累能够引起污泥粘度的增加，导致膜通量的严重下降。污泥粘度的增加也会使得有机物和小颗粒更容易在膜表面积累，难以被曝气剪切作用去除。
在对MLSS和污泥粘度的关系进行研究时发现，存在着一个临界MLSS浓度，低于该值时粘度随MLSS浓度增长缓慢，高于该值时粘度随着MLSS浓度呈指数增长。根据运行条件的不同，该MLSS浓度的临界值为10-17g/L。整个工艺各段的MLSS都小于所谓的临界MLSS浓度（10-17g/L），因此污泥粘度不会随着MLSS的增长而显著增加。
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污泥粘度有沿程增加的趋势，与MLSS的变化一致，平均值都在2.0mPa.s以下，与文献报道结果比较可知该A2O-MBR系统中污泥粘度较低，不会对膜污染产生显著的影响。
1.5微生物种群沿程变化
研究中应用PCR-DGGE技术，测定了厌氧池、缺氧池、好氧池和膜池的DGGE图谱。对于处理系统的四个处理单元，从条带的位置来看，微生物群落分布相似，只是条带的深浅略有不同，与各单元优势生物种群不同有关。PCR-DGGE图谱分析表明，该系统采用污泥混合液逐级向上回流的方式有效的保证了混合液的均匀性，同时条带的数量多，也说明微生物种群丰富，是工艺具有良好的生化处理性能的前提。
2.污泥颗粒粒径分布
鉴于污泥PSD对膜污染的重要影响，取稳定运行260天时的污泥样品进行了颗粒粒径分析，厌氧池、缺氧池、好氧池及膜池的活性污泥粒径分布。对平均粒径（dm）进行分析发现，dm基本呈现出了沿程增加的趋势，分别为厌氧池的21.07µm，缺氧池的23.11µm，好氧池的20.09µm，膜池的24.87µm。发现，好氧池dm小于缺氧池dm，可能与曝气导致的对絮体的剪切作用有关。尽管膜池中也使用曝气冲刷作用，因污泥浓度最高，相应的dm也最大。仔细观察膜池污泥PSD可知，其分布不均匀，在大尺寸范围内也有一定量的颗粒存在。
研究表明，较大颗粒而言小颗粒更容易受到抽吸作用的影响形成泥饼层，并且不容易被剪切作用脱离膜表面。以d10作为衡量小颗粒比例的指标，d10值越小所对应的小颗粒比例越高。通过d10的比较发现，膜池的d10最大，即小颗粒部分所占的比例最少，降低了小颗粒在膜表面附着的几率，有利于膜污染的控制。
3.胞外聚合物(EPS)分布
研究了MBR池EPS随时间的变化情况。第64天、第170天和第260天膜池中EPS及组分的浓度变化，分别代表了稳定运行的初期、中期和长期的情况。相比较而言，第64天SEPS和BEPS的浓度最高，分别为26.4mg/gVSS和78.4mg/gVSS，而后随着时间的增加，EPS浓度表现出了降低的趋势，特别是SEPS，未出现EPS在MBR单元增加或积累的情况。在SEPS中蛋白质的含量略大于多糖，蛋白质与多糖的比值为1.4-2.2，BEPS中蛋白质含量远大于多糖，占到总量的80%以上，蛋白质与多糖的比值为4.0-5.0。
第170天，SEPS和BEPS的浓度分别为6.7mg/gVSS和37.3mg/gVSS，为第64天时的25%和50%左右。第260天时的SEPS和BEPS浓度分别降低到5.5mg/gVSS和26.5mg/gVSS，为第64天时的21%和34%左右。其他研究者对EPS的研究时也发现了类似的现象，即MBR启动阶段出现了EPS的积累而后逐渐被部分降解，浓度降低。
4.溶解性有机物(DOM)沿程变化
有两个明显的荧光峰，分别是峰A（Ex/Em=290-295/345-350nm）代表着蛋白质类物质，峰B（Ex/Em=325-335/415-420nm）代表着腐植酸类物质。可以看出，峰A和峰B的荧光峰的强度（FI）分别为750和550，表明蛋白质类和腐植酸类是原水中主要的荧光物质。当原水进入后续的处理单元后发现，峰A的荧光强度（FI）显著降低，降到300及以下，说明蛋白质类物质具有可生化降解性，出水中峰A已不明显，表明蛋白质类物质容易被膜截留，其FI的沿程降低有利于膜污染控制。对于峰B，与原水比较发现，其在厌氧池中的荧光强度增加到800左右，在后续单元一直保持较高的FI，甚至在出水中其FI依然在550左右，表明腐植酸类物质可生化降解性差，容易透过膜孔，对膜污染的影响相对较小。
参考文献
[1]王连军.膜-生物反应器组合工艺稳定运行特性的研究[J].环境工程,2000,（3）.
[2]许振良.膜法水处理技术[M].北京:化学工业出版社,2001.
论文作者:郝竟妍
论文发表刊物:《知识-力量》2019年11月46期
论文发表时间:2019/10/18
标签：污泥论文; 浓度论文; 粘度论文; 颗粒论文; 混合液论文; 活性论文; 蛋白质论文; 《知识-力量》2019年11月46期论文;