我曾进行过试验,探讨了污泥膨胀对一体式膜生物反应器(MBR)运行效果的影响以及膨胀的原因。试验结果表明,主要原因是BOD负荷变化过于剧烈,导致DO不足和pH值急剧下降。这种膨胀会使膜污染更严重,并导致NH3-N去除率下降,但对有机污染物的去除效果影响不大。但是,通过调整BOD负荷变化速率,提高混合液中的溶解氧含量可以有效地控制污泥膨胀。 在试验中,我们使用废水作为原水进行试验,以探讨MBR的膜污染问题。试验于2001年11月开始运行,但由于“非典”的影响,取水工作在2003年5月出现了异常,导致试验中途停止。我曾经改变了原水的来源,将其更换为模拟生活污水,MBR进水水质的变化如表1所示。改变进水水质后,MBR共发生了两次污泥膨胀,期间的污泥变黑,反应器内产生了大量的泡沫并不断溢出。此外,污泥沉降比由原来的30%升高到98%~99%,污泥的沉降性能极差,SVI值呈上升趋势,最高达300 mL/g,污泥的膨胀非常明显。镜检发现,微生物的种类和数量呈减少趋势,污泥结构松散,颜色逐渐变深,并有很多菌丝伸出,丝状菌长约100~300μm,直径约0.7~1.3μm。 对于这次污泥膨胀的影响,其主要表现在污染物去除效果上。我发现,这种膨胀对有机污染物的去除效果没有影响,但对NH3-N去除率有所下降。此外,这种膨胀加剧了膜污染的情况。因此,在MBR的运行过程中,需要密切关注污泥的膨胀情况,采取有效措施进行处理。根据试验结果,我发现污泥膨胀对COD的去除效果影响不大。即使发生了污泥膨胀,MBR对COD的平均去除率仍高达92.8%。但是,生物去除COD的效率稍有下降。与COD去除情况类似,污泥膨胀对MBR去除BOD的效果影响也较小,对BOD的平均去除率为95.9%。 在MBR中,膜的截留作用对氨氮去除贡献非常小。因此,NH3-N基本靠微生物去除。但是,由于发生污泥膨胀时的溶解氧只有0.7 mg/L,使得硝化过程受到较大影响,导致对NH3-N的去除效果很差(见图1)。发生污泥膨胀后,我注意到膜对COD的去除率从13.2%增加到27.8%,膜污染变得更加严重,膜通量急剧下降。此外,膜阻力上升速率也提高了近5倍,达到了同一压降(0.05MPa)下工作周期缩短了2/3(见图2)。 分析表1的数据,我发现后期进水的COD值是前期的3-4倍,BOD5是前期的2-3倍,NH3-N更是高达10-20倍。这导致污泥负荷率由0.14-0.18 kg BOD/kg MLSS增加到1.5-2.5 kg BOD/kg MLSS,超过了微生物的承受能力,导致了污泥膨胀现象。因此,要控制MBR中污泥负荷率的增加,以避免污泥膨胀的发生。除此之外,还可以加强对MBR的监测和维护,及时清洗膜污染,避免膜阻力的过高。当污泥负荷率从0.14-0.18 kg BOD/kg MLSS上升到0.48-0.67 kg BOD/kg MLSS时、BOD负荷率为0.5-1.5 kg BOD/(kg MLSS·d)时,我发现极易发生污泥膨胀。第一次污泥膨胀的原因因为污泥负荷变化过快和负荷率过高。由于负荷过高,供氧相对不足,导致丝状菌大量繁殖(根据镜检发现丝状菌为浮游球衣菌)。发生污泥膨胀后,我首先从改善进水水质着手减少污泥负荷率并调节营养物质的比例,然后进行闷曝,同时提高混合液中的溶解氧含量。然而,在第一次污泥膨胀即将被控制住时,较低的pH值再次诱发了丝状菌的生长,出现了第二次污泥膨胀。经过分析,原因是原水在高位水池停留时间过长导致早期消化反应,产生了大量的低分子有机酸和硫化氢。为此,我减少了原水在高位水池的停留时间,并及时更换已经发生消化反应的原水,同时向反应器中投加碱来调节pH值。经过十几天的运行,我终于控制住了污泥膨胀。结论如下: ①当MBR发生污泥膨胀时,对有机物的去除效果没有明显影响,但会使NH3-N去除效果大大下降,并导致膜污染加剧,膜通量迅速降低。 ②污泥负荷率变化过快及负荷率过高是导致污泥膨胀的主要原因。因此,在设计MBR时应采用合理的BOD负荷率,并控制好曝气池的DO和污泥浓度,避免由于污泥浓度过高引起的溶解氧不足。 参考文献:[1]Kishino H, Ishida H. Domestic wastewater reuse using a submerged membrane bioreactor[J]. Desalination, 1996,106:115-119.有两篇关于膜生物反应器在污水处理中的研究文章: [2]顾国维和何义亮的研究已经出版于2002年的化学工业出版社。 [3]李军和傅金祥的试验研究已经发表于2003年沈阳建筑工程学院学报的第19卷第1期,作者包括傅金祥、苏锦明、朴芬淑、周晴和赵玉华。