懸浮填料對MBR中胞外聚合物的影響

王靜等

摘要：以聚丙烯無紡布為膜組件，分別向浸漬式膜生物反應器中投入硬質/軟質懸浮填料處理人工污水。通過分析測定了MBR中污泥混合液以及膜組件上污泥溶液的EPSs、EPSB變化，考察了軟質、硬質懸浮填料對MBR中胞外聚合物的影響。實驗結果表明：MBR中污泥混合液的EPS，膜組件表面污泥的EPSS、EPSB以及EPS，添加硬質填料的MBR-A均高于添加軟質填料MBR-B。軟質懸浮填料控制MBR膜污染的效果好于硬質懸浮填料。

關鍵詞：軟質懸浮填料；硬質懸浮填料；膜生物反應器；胞外聚合物

中圖分類號：X703.5文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）01017102

1引言

膜生物反應器（membrane bioreactor，簡稱MBR）是實現污水再生回用和廢水資源化的一項具有競爭力的新技術，具有出水水質好、運行維護簡單、結構緊湊、占地面積少等優點，使其在污水回用等方面有廣泛的應用前景。膜污染是影響MBR長期穩定運行的關鍵因素。MBR的膜污染物質主要來源于污泥混合液中的懸浮固體和上清液。有文獻報道，懸浮固體、膠體和溶解性大分子有機物對膜污染阻力的貢獻分別為65%、30%和5%[1，2]。向MBR中添加懸浮填料，減少污泥混合液中的懸浮固體在膜表面的沉積，是減緩和控制膜污染的有效方法之一。胞外聚合（extra-cellular polymeric substances，EPS）是微生物在一定條件下產生的高分子物質，也是一種優勢膜污染物[3]。本文分別研究了MBR中添加硬質懸浮填料和軟質懸浮填料后，污泥混合液以及膜組件表面污泥EPS的變化，以考察軟/硬懸浮填料在控制懸浮固體膜污染的同時對EPS的影響，為延緩和控制MBR膜污染提供切實可行的方法和理論依據。

2材料與方法

2.1實驗材料

懸浮填料分別如圖1軟質懸浮填料和圖2硬質懸浮填料。實驗用水為人工廢水。

圖1軟質懸浮材料圖2硬質懸浮填料

2.2實驗方法及分析方法

將取自污水處理廠的活性污泥加入MBR反應器A、B中（MLSS約為4000mg/L）。MBR-A中添加硬質懸浮填料，MBR-B中添加軟質懸浮填料。MBR的運行方式為間歇式：運行4min，停止2min。每7d為一個周期，分析MBR中污泥混合液以及膜組件A和膜組件B上污泥的EPSS、EPSB。用多糖和蛋白質的數量和表示EPS總量。蛋白質測定采用考馬斯亮藍法，多糖采用苯酚-硫酸比色法。

3結果與討論

3.1污泥混合液及膜組件表面污泥的EPS

MBR-A及MBR-B的污泥混合液EPS隨運行時間的變化如圖3、圖4所示。

圖3污染混合液的EPS

圖4膜組件表面污泥的EPS

從圖3可以看出，填料的性質對MBR中污泥混合液的EPS有明顯影響，EPS具有重要的生理功能，在細胞外部形成保護層以抵制外界環境的壓力[3]。在曝氣條件下，MBR懸浮填料在局部范圍內不停擾動，增大了污泥混合液的紊動性，并且對膜表面也有一定的碰撞摩擦作用，有效減少了懸浮顆粒在膜表面的沉積，抑制膜污染。同時對污泥混合液中微生物細胞有一定的損傷，會刺激細胞分泌更多的EPS在細胞外部形成保護層。與軟質填料相比，硬質填料的損傷作用更嚴重，導致添加硬質填料的MBR-A中污泥混合液及膜組件表面污泥的EPS明顯高于添加軟質填料的MBR-B。

3.2膜組件表面污泥的EPSS和EPSB

膜組件A和膜組件B表面污泥中EPSS和EPSB隨運行時間的變化如圖5、圖6所示。

Rosenberger[4]將EPS分為兩部分：溶解性EPS（soluble EPS，EPSS）和固著性EPS（bound EPS，EPSB）。從圖4可以看出，添加硬質填料MBR中膜組件表面污泥的EPSS和EPSB均大于添加軟質填料MBR中膜組件。污泥中EPS的增加會使得活性污泥顆粒以及其他污染物更容易在膜表面沉積并形成緊密的濾餅層，惡化膜過濾性能，加速膜污染。

圖5膜組件表面污泥的EPSS

圖6膜組件表面污泥的EPSB

4結語

添加硬質填料的MBR中污泥混合液的EPS，膜組件表面污泥的EPSS、EPSB以及EPS，均高于添加軟質填料的MBR-B。說明填料性質對控制膜污染的效果有明顯的影響。硬質填料在控制污泥在膜組件表面沉積的同時，對微生物絮體的破壞作用較軟質填料嚴重，導致微生物分泌的更多的EPS，有可能加速膜污染。

參考文獻：

[1] L.Defrance，M.Y.Jaffrain，B.Gupta，et al.Contribution of various constituents of activated sludge to membrane bioreactor fouling[J].bioresource Technology，2000，73（2）：105～112.

[2] W.Lee，S.Kang，H.Shin.Sludge characteristics and their contribution to microfiltration in submerged membrane bioreactors[J].Journal of Membrane Science，2003，216（1-2）：217～227.

[3] 李紹峰，崔崇威，黃君禮，胞外聚合物EPS對MBR膜污染的影響[J].哈爾濱工業大學學報，2007，39（2）：266～269.

[4] S.Rosenberger，M.Kraume.Filterability of Membrane Science[J].Journal of Memb rane Scierse，2003，216（1～2）：217～227.endprint