為提高膜生物反應(yīng)器的處理效果，在一體式膜生物反應(yīng)器中加入氫氧化鐵絮體.將生物鐵法與一體式膜生物反應(yīng)器相結(jié)合，提出了生物鐵一MBR法。利用生物鐵-MBR法處理模擬生活污水.并與普通MBR進(jìn)行平行對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，生物鐵-MBR法在提高處理效果、改善污泥性能方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵字：生物鐵  膜生物反應(yīng)器  脫氫酶活性

為提高膜生物反應(yīng)器的處理效果，在一體式膜生物反應(yīng)器中加入氫氧化鐵絮體.將生物鐵法與一體式膜生物反應(yīng)器相結(jié)合，提出了生物鐵-MBR法。利用生物鐵-MBR法處理模擬生活污水.并與普通MBR進(jìn)行平行對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，生物鐵-MBR法在提高處理效果一體式膜生物反應(yīng)器由于其處理出水水質(zhì)良好、裝置結(jié)構(gòu)緊湊、管理方便、剩余污泥產(chǎn)量少、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，因此易受到人們的關(guān)注?。但是膜 污染的問(wèn)題.仍是影響該項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵所在。目前人們采用反沖洗[2]、加裝射流曝氣裝置、投加鋁鹽和沸石粉末、投加活性炭粉末、改變運(yùn)行條件等多種辦法來(lái)減少浸沒式膜生物反應(yīng)器中膜污染的問(wèn)題.但是并未得到很好的解決、改善污泥性能方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

鐵鹽或氫氧化鐵可作為絮凝劑改善污泥過(guò)濾性能，生物鐵法(即鐵鹽或氫氧化鐵用于傳統(tǒng)活性污泥法廢水處理)還可大大提高CODcr和氨氮的去除率，增強(qiáng)系統(tǒng)受沖擊負(fù)荷能力。為提高膜生物反應(yīng)器的處理效果和減輕膜污染.本研究通過(guò)向一體式膜生物反應(yīng)器的活性污泥中投入定量的氫氧化鐵絮體。使之馴化形成生物鐵污泥.提出生物鐵-MBR.來(lái)研究該工藝處理模擬生活污水的處理效果和污泥特性。

1 材料與方法
1．1 試驗(yàn)工藝流程及裝置
試驗(yàn)系統(tǒng)如圖l所示．試驗(yàn)采用2套完全相同的裝置，進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)。l#為普通MBR．2#為生物鐵一MBR 根據(jù)污泥濃度每周2次向2#反應(yīng)器補(bǔ)充Fe(OH) 絮體(含鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為污泥質(zhì)量的5％)。MBR反應(yīng)器有機(jī)玻璃制造，尺寸為650mm×200 mm×500 mm．正常液面高400 mm，有效容積為52 L。底部設(shè)有曝氣砂頭．在運(yùn)行期進(jìn)行連續(xù)曝氣．試驗(yàn)中采用的膜組件為自制簾式聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜組件．中空纖維膜組件具體參數(shù)見表1

 1．2 試驗(yàn)運(yùn)行條件
1#和2#反應(yīng)器試驗(yàn)操作條件的有關(guān)參數(shù)如表2所示，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行60 d未排泥。

為盡可能使試驗(yàn)污水水質(zhì)保持穩(wěn)定．試驗(yàn)用水采用人工配制模擬生活污水。試驗(yàn)期間所用污水的具體成分情況如表3所示。

 1．3 污泥馴化
接種污泥取自沈陽(yáng)市北部污水處理廠．污泥馴化分兩階段
第一階段：取回的活性污泥悶曝24h，充分靜置后．倒掉上清液．加以配制的模擬生活污水進(jìn)行培養(yǎng)馴化，使其恢復(fù)活性，經(jīng)過(guò)1 2周，1#反應(yīng)器中有機(jī)物去除率穩(wěn)定后，系統(tǒng)啟動(dòng)完成。
第二階段：按污泥濃度的5％，將配制好的氫氧化鐵絮體加入2#反應(yīng)器污泥中．繼續(xù)馴化1周左右，形成顆粒較大的團(tuán)聚狀生物鐵污泥。反應(yīng)器中有機(jī)物去除率及出水含鐵量穩(wěn)定后．系統(tǒng)啟動(dòng)完成。
1．4 分析方法
COD BOD 、NH 一H、污泥濃度等指標(biāo)按《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第三版)中標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定：污泥生物相采用Nikon-E400型帶攝像頭的顯微鏡拍攝：污泥好氧呼吸速率和溫度采用Sension8型溶解氧儀測(cè)定，脫氫酶活性采用2，3，5一三苯基氯化四氮唑(TTC)法 。為保證不排出污泥．試驗(yàn)采樣使用中速濾紙過(guò)濾，濾后污泥放回反應(yīng)器中
2 結(jié)果與討論
2．1 處理效果
表4和圖2顯示了2個(gè)系統(tǒng)COD BOD 和NH 一N的去除效率和進(jìn)出水濃度。由于進(jìn)水為人工配制，2個(gè)系統(tǒng)進(jìn)水濃度相同并保持穩(wěn)定。

從表4中可知，2個(gè)系統(tǒng)對(duì)COD BOD 和NH 一N的去除率都很高，1#分別為89．5％、92．9％和90．7％ ；2#分別為91．3％ 、93．6％ 和96．3％ ；從圖2可以看出，盡管系統(tǒng)運(yùn)行60 d后，膜的壓差增加，但2個(gè)系統(tǒng)出水COD BOD 和NH 一N濃度保持穩(wěn)定．并未升高．說(shuō)明MBR容積負(fù)荷高．抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。2個(gè)系統(tǒng)進(jìn)水濃度相同，整個(gè)運(yùn)行期間，2#出水COD BOD5和NH3一N濃度一直比1#低，其質(zhì)量濃度的均值分別低5．86、1．8和1．07 mg／L． 去除率分別比1#高1．8％ 、0．7％和5．6％ 可見生物鐵一MBR對(duì)污水中污染物質(zhì)的降解和轉(zhuǎn)化效果比普通MBR要好。

從圖2(a)、(b)、(c)中可看出，2個(gè)系統(tǒng)出水COD BOD 和NH廣N濃度一直保持穩(wěn)定。圖2(c)顯示1#出水在運(yùn)行開始幾天氨氮濃度較高．這是由于硝化細(xì)菌世代時(shí)間長(zhǎng)。但在總的處理效率上，還是2#的總?cè)コ�效率要�?#的要好．這是由于氫氧化鐵本身作為絮凝劑。不僅使硝化細(xì)菌的濃度變高．還有利于將污染物吸附膜過(guò)濾時(shí)對(duì)廢水有機(jī)物的截留。這與文獻(xiàn)『8]中鐵對(duì)硝化反應(yīng)有促進(jìn)作用的研究結(jié)論相似。
如圖3和圖2(b)所示，I#和2擇對(duì)BOD 的處理效果相差不多，出水值都較低，且比較穩(wěn)定，不受進(jìn)水COD 的影響，與出水COD。也無(wú)相關(guān)性。這都說(shuō)明1#和2}≠出水中殘存的有機(jī)物均屬于較難生物降解的成分。2群較l#出水BOD 值低的原因是生物鐵絮體將許多難以生物降解的物質(zhì)吸附所致。

2．2 污泥特性
2．2．1 污泥結(jié)構(gòu)特征
活性污泥中的微生物是MBR降解污染物質(zhì)的主體，污泥的表觀特征是污泥特性的重要指標(biāo)。在穩(wěn)定運(yùn)行階段對(duì)兩系統(tǒng)的污泥進(jìn)行了顯微鏡觀察，1#(普通MBR)污泥如圖4(a)所示，在鏡檢中呈大片連接，污泥的邊緣部分形狀不規(guī)則并密實(shí)，每個(gè)絮體形狀較小，絮體與絮體之間沒有連接，顆粒較小．微生物小。而馴化成熟的2#(生物鐵一MBR)污泥見圖4(b)，污泥絮體的特性發(fā)生了顯著改變，污泥絮體疏松多孔．呈團(tuán)粒狀．可以觀察到許多污泥以黃色的鐵絮體為核心，菌膠團(tuán)形狀較大．且能緊密地連接成一個(gè)整體．各自組成分散的顆粒狀結(jié)構(gòu)．污泥的粒徑明顯較大 微生物體形較大．鐘蟲和輪蟲較多，微生物活動(dòng)活躍，如此豐富的微生物相和較高的生物量．有效地提高了反應(yīng)器的處理負(fù)荷能力 這說(shuō)明投加氫氧化鐵絮體有助于細(xì)菌包覆成粘性的團(tuán)塊。結(jié)合為緊密的菌膠團(tuán)絮體．使污泥的結(jié)構(gòu)明顯地改善 由此可以推測(cè)這可能是生物鐵污泥中的氫氧化鐵絮體的吸附脫穩(wěn)作用．使得混合液中的小膠體顆粒絮凝成了較大顆粒．污泥顆粒比表面積大．能吸附分解更多的有機(jī)物，且有利于氧的吸收。

2．2．2 活性污泥濃度
1櫛和2#運(yùn)行過(guò)程中的污泥濃度變化性見圖5，2個(gè)系統(tǒng)的污泥濃度在試驗(yàn)運(yùn)行初期的35 d里相差不多．隨著試驗(yàn)的運(yùn)行．2#中的污泥濃度增長(zhǎng)得更快．最后2#中的污泥質(zhì)量濃度達(dá)到了6．3 g／L．而1#中的污泥質(zhì)量濃度只有4．0 L左右。由于2#中有比較高的污泥濃度．這不但降低了污泥負(fù)荷．而且有可能因?yàn)?#中的污泥中存在了更多的生物菌種．使得對(duì)有機(jī)物的去除更加容易。具體參見http://m.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

 2．2．3 活性污泥的活性
待反應(yīng)器運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定以后．對(duì)微生物的脫氫酶活性進(jìn)行了測(cè)定．如圖6所示 從圖6中可以看出．脫氫酶活性隨運(yùn)行時(shí)間呈下降趨勢(shì)．這是由難降解有機(jī)物在膜生物反應(yīng)器中的積累造成的 這些難降解物質(zhì)的主要來(lái)源有：① 微生物內(nèi)源呼吸的代謝產(chǎn)物：② 反應(yīng)器對(duì)進(jìn)水難降解有機(jī)物和無(wú)機(jī)懸浮物的截留 其對(duì)活性污泥的代謝活性具有抑制作用．運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)．惰性物質(zhì)在反應(yīng)器中積累越多．從而使脫氫酶活性不斷降低。

 

脫氫酶活性與反應(yīng)器中存在的碳源有很大關(guān)系。在微生物的生長(zhǎng)期，其活性參數(shù)高于穩(wěn)定期．即開始微生物的活性部分很高．隨著一些微生物的老化，活性開始降低，隨后漸漸穩(wěn)定，進(jìn)入穩(wěn)定期．而處于衰亡期的微生物活性更差 對(duì)于廢水處理而言．相應(yīng)這3個(gè)階段的出水水質(zhì)以對(duì)數(shù)期最差．穩(wěn)定期最好。分析表明：① 2#脫氫酶活性基本上低于1#．關(guān)于具體原因可能是由于生物鐵法一MBR吸附降解有機(jī)物速率較普通MBR快．所以使上清液中有機(jī)物濃度比較低所致。但是鐵對(duì)微生物具有抑制作用并無(wú)法由此而證明；② 整體來(lái)看，2#脫氫酶活性波動(dòng)較1#小 原因是2#處理效果較1#穩(wěn)定所致．而使有機(jī)物濃度趨于穩(wěn)定．微生物活性也基本趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)論
(1)與普通MBR相比，生物鐵法一MBR能提高生活污水的處理效率及改善出水水質(zhì) 對(duì)COD BOD 和NH 一N 的去除效率分別高1．8％ 、0．7％ 和5．6％ ．出水質(zhì)量濃度分別低5．86、1．8和1．07 mg／L 生物鐵一MBR法對(duì)生活污水處理效果的提高．主要是由于系統(tǒng)內(nèi)污泥濃度高、污泥結(jié)構(gòu)好、微生物相豐富、生物量更多、處理效果更好。
(2)普通MBR污泥呈大片連接，分支污泥的邊緣部分形狀不規(guī)則，其結(jié)構(gòu)松散．絮體形狀較小：馴化成熟的生物鐵污泥絮體結(jié)構(gòu)緊密，呈團(tuán)粒狀．可以觀察到許多污泥以黃色的氫氧化鐵絮體為核心．菌膠團(tuán)形狀較大 同時(shí)生物鐵污泥顆粒上附著大量的固著型纖毛蟲以及后生動(dòng)物。
(3)從整體運(yùn)行趨勢(shì)上看，兩系統(tǒng)的脫氫酶活性隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。投加氫氧化鐵絮體后．與普通MBR的活性污泥相比．脫氫酶活性波動(dòng)較小．處理效果較穩(wěn)定．而使有機(jī)物濃度趨于穩(wěn)定．微生物活性也基本趨于穩(wěn)定。（沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境學(xué)院）