復合式膜生物反應器啟動研究

余中亮

摘 要：采用2階段掛膜方式進行復合式膜生物反應器啟動試驗，1階段為生物填料掛膜；2階段為活性污泥馴化。結果表明，在進水COD為80～200mg/L，氨氮質量濃度為16～30mg/L的條件下，18d左右完成掛膜，30d的COD和氨氮去除率分別穩定在80%和90%以上，出水水質達到GB18918-2002一級A標準。試驗過程中還發現，啟動時間取決于第1階段，且掛膜期間氨氮的去除率的提高明顯快于COD去除率的提高，表明該啟動方式更有利于強化系統的脫氮效果。系統內生物量在掛膜19d后達到893mg/L，當第21d向系統內添加1200mg/L活性污泥后，附著生物量略有減少，最終穩定在700mg/L左右，活性污泥含量有少量增加，最終維持在1500mg/L左右。

關鍵詞：復合式膜生物反應器；啟動掛膜；生活污水

中圖分類號 X505 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）19-0111-03

Study on Start-up of Hybrid Membrane Bioreactor

Yu Zhongliang

（Department of Biological and Environmental Engineering，Hefei University，Hefei 230601，China）

Abstract：The start-up experiment of hybrid membrane bioreactor was carried out in two stages.The first stage is bio-film forming； the second stage is acclimation of activated sludge.The results showed that when the influent COD was 80～200mg/L and the ammonia concentration was between 16～30mg/L，the membrane was completed in about 18 days.The removal rates of COD and ammonia nitrogen were stable at 80% and 90% or more for 30 days，the effluent water quality meets the GB18918-2002 Class A standard.During the test，it was also found that the start-up time was determined by the first stage，and the removal rate of ammonia nitrogen during the film formation was significantly faster than that of the COD removal rate，indicating that the start-up method was more conducive to strengthening the system's denitrification effect.The amount of biomass in the system reached 893 mg/L after 19 days of membrane formation.After 1200 mg/L of activated sludge was added to the system on the 21st day，the amount of attached biomass was slightly reduced，eventually stabilizing at about 700 mg/L，a small increase，eventually maintained at around 1500mg/L.

Key words：Hybrid membrane bioreactor；Film forming start up；Domestic wastewater

復合式膜生物反應器是將傳統膜生物反應與生物膜法結合的新型廢水處理工藝[1]，該工藝結合了兩者的優點，增強了傳統膜生物反應器的處理效果，有效緩解了膜污染現象并為反應器內的SND過程提供了更有利的條件[2]。目前，對該工藝的應用研究受到了廣泛關注，大多數學者熱衷于關注該工藝處理不同廢水的效果，而對于該工藝的啟動方式研究甚少。目前，關于復合式膜生物反應器的啟動方法大致可分為以下3種：（1）自然掛膜法，利用污水中的微生物自然富集在填料上進行掛膜；（2）活性污泥掛膜法，通過活性污泥進行悶曝掛膜；（3）菌種掛膜法，通過投加菌種進行培養掛膜。不同的啟動方法所需要的周期差別很大，且對系統的處理效果影響也很明顯。為了更好的提高該工藝的脫氮效果和研究其附著微生物與懸浮微生物的增長規律，本實驗對復合式膜生物反應器采用菌種和活性污泥2期掛膜啟動過程進行研究，以期為該工藝的快速啟動提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗裝置 實驗裝置為復合式膜生物反應器（圖1）。反應器總有效容積77L，填料區為28.7L，膜組件區為38.5L，填料區安置生物帶，膜組件區放置膜組件，生物帶和膜組件底部正下方設曝氣管曝氣。膜組件選用中空纖維膜，材質為聚丙烯（PP），過濾面積為0.2m2，膜孔徑為0.1μm。操作壓力為10～40kPa，進水采用U形管水位箱，連續進水，間歇出水，抽/停周期為10/3min。

1.2 生物帶介紹 生物帶采用美國科恩國際有限公司研制的專門用于生物膜法污水處理的一種柔性填料。它采用生物惰性很強的高分子材質，具有很好的物理穩定性和化學穩定性，因此使用壽命長。其參數如下：長度10m、寬度4.5mm、厚度4mm，比表面積250，孔徑10～350μm。

1.3 水質介紹 實驗原水取自合肥市肥西縣派河，進水各項指標如表1所示。實驗過程中水質指標分析采用國家標準方法：氨氮采用納氏試劑分光光度法；TN采用紫外分光光度法；pH采用玻璃電極法。DO和水溫的測定采用YSI550A型溶解氧分析儀。

1.4 研究方法 本實驗啟動過程分為2個階段：第1階段為掛膜階段，將生物帶安裝完畢后，向反應器內投加混合菌種悶曝4d，然后連續進出水，維持DO=6mg/L，HRT=10h直到載體上的生物膜生長穩定；第2階段為污泥馴化階段，向反應器內投加活性污泥進行馴化培養，直到系統出水連續穩定（活性污泥取自合肥市經濟技術開發區污水處理廠）。啟動掛膜時間為5月份，實驗期間環境溫度維持在25℃左右。

1.5 生物膜量測定方法 實驗過程中的生物膜量監測方法：選取1cm生物帶，用蒸餾水漂洗，除去附著活性污泥，然后用20% NaOH浸泡6h，接著取出生物帶放入蒸餾水中用超聲波震蕩，直至填料表明看不到明顯的生物絮體為止。再采用重量法測定剝離載體的生物量。

2 結果與分析

2.1 系統對COD的去除 實驗前10d為掛膜階段，后10d為活性污泥馴化階段，從圖2可以看出，掛膜階段COD的去除率隨時間增加，運行到第18天，COD去除率已達到65%，可認為掛膜成功。18～20d，COD去除率穩定在65%以上，第20天開始第2階段，活性污泥馴化，22d后COD去除率穩定到75%以上。實驗結果說明，生物帶掛膜只需要18d，活性污泥馴化只需要3d，整個系統啟動30d內能達到穩定高效的COD去除率，保證出水COD維持在50mg/L。

2.2 系統對氨氮的去除效果 從圖3可以看出，系統對氨氮的去除率在第10天并穩定維持在90%以上，出水氨氮含量均在2mg/L以下，進入第2階段時，系統對氨氮的去除效果沒有明顯變化。結果表明，系統對氨氮有很理想的去除效果，啟動過程中氨氮去除率的增長明顯快于COD的去除率，且提前到達穩定狀態。這一現象與張智等[3]的研究結論相反，說明采用菌種掛膜相比于活性污泥掛膜能有效快速提高系統的脫氮效果。

2.3 系統對TN的去除效果 在添加活性污泥后對系統內TN去除率進行監測，監測數據見圖4，系統對TN去除率均在60%以上，第24天前，即污泥馴化期間TN去除率隨時間緩慢增加，24d之后TN去除率穩定維持在70%以上，出水中TN含量均在8mg/L以下。而傳統的A/O-MBR工藝處理類似廢水，TN去除率受到水體中C/N值限值，在不添加碳源的前提下很難達到70%[4]。出現這一現象主要原因是，復合式膜生物反應器內存在附著生長和懸浮生長兩周微生物形態，能更好的提供SND環境，有效提搞系統的脫氮性能。

2.4 系統啟動期間微生物含量變化 在啟動期間，每隔5d測試填料上微生物含量見圖5。從圖5可以看出，在第1階段微生物含量從700mg/L增加到1000mg/L，到第2階段活性污泥加入后，附著微生物量又回降到700mg/L左右，活性污泥含量由1200mg/L增加到1600mg/L左右，系統內總微生物含量在第25天后穩定維持在2500mg/L左右。第1階段只有附著微生物生長，所以微生物含量逐步上升，至少活性污泥加入后出現競爭關系，因為活性污泥屬于流化態，與水體接觸面積大，因此活性污泥很快出現競爭優勢快速增長，由于進水中營養物質有限，附著微生物含量下降，最終在第25天2種微生物含量穩定。

3 結論

啟動掛膜實驗結果表明，采用混合菌種掛膜可以快速啟動復合式膜生物反應器，只需10d，對氨氮去除率達到90%以上，18d便能生長出穩定的生物膜，微生物含量達到1000mg/L，對COD去除率達到65%以上，添加活性污泥后3d，系統對COD、氨氮和TN去除率穩定在75%、95%和70%以上，微生物總量維持在2500mg/L以上，可斷定系統啟動成功。可見，采用混合菌種和活性污泥2期掛膜啟動復合式膜生物反應器，具有周期短、效果明顯、微生物含量穩定的優點，能有效縮短該工藝系統的啟動周期。

參考文獻

[1]Zhi-Jiang Feng，Man Wu，Mei-Xiang Sun，et，al.The effects of different carriers on removal performance and membrane fouling by HMBR in treating sewage with low carbon-to-nitrogen ratio[J].Process Safety and Environmental Protection，2016，102（2016）768-776.

[2]Qiang Liu.Xiaochang C.Wang，Yongjun Liu，et，al.Performance of a hybrid membrane bioreactor in municipal wastewater treatment[J].Desalination，2010，258 （2010）：143-147.

[3]張智，趙青，陳杰云，等.好氧移動床多級AO 工藝掛膜啟動研究[J].水處理技術，2013，39（6）：53-56.

[4]馮志江，戴捷，劉文，等，A/O-MBR處理低C/N生活污水的脫氮因素研究[J].湖北農業科學，2015，54（10）：2354-2357.

（責編：張宏民）