陳梅雪，王菊思，樊耀波，王怡中
(中國科學院 生態環境研究中心，北京100085)

　　摘　要： 考察了上流式接觸氧化柱和接觸氧化槽與膜系統組成的分離式膜生物反應器處理印染廢水的效果，上流式接觸氧化柱—膜反應器和接觸氧化槽—膜反應器對COD的平均去除率分別為64.3%和81.7%，對色度的平均去除率分別為59.7%和41%。
　　關鍵詞：膜生物反應器；接觸氧化；印染廢水
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)07-0042-03

　　膜生物反應器由膜分離系統和生物反應器兩部分組成，其中膜分離系統主要起截留作用，而生物反應器對水中有機污染物的去除起著決定性的作用，因而研究與膜系統匹配的生物反應器的類型、運行條件對提高膜生物反應器的處理效果和擴大其適用范圍具有十分重要的意義。
　　作者著重研究了采用分離式膜生物反應器處理印染廢水時生物反應器的類型選擇及其對處理效果的影響，其中生物反應器采用兩種不同流態的好氧生物接觸氧化形式：一種是上流式接觸氧化柱，內裝自制的凹凸棒填料；另一種為接觸氧化槽，內裝彈性立體填料。

1 試驗方法

　　在北京金羊毛紡廠廢水處理車間進行試驗，原水取自調節池，試驗菌種取自氣浮池。
　　采用的膜生物反應器系統如圖1所示。
　　膜單元采用的中空纖維膜組件由中科膜技術中心提供。接觸氧化槽體積為0.124m³，內填有聚酰胺彈性軟填料，定期監測接觸氧化槽進、出水的COD，色度，濁度，SS和填料絲上的生物量并用電鏡觀察填料絲上生物膜的生長情況。上流式接觸氧化柱是直徑為0.185m、長為1.6m的有機玻璃柱，空柱體積為0.043m³，凹凸棒填料的間隙率為33%。在上流式接觸氧化柱啟動前先進行吸附試驗，即向柱中通入原水但不曝氣，測定進、出水的COD，色度，濁度，SS并用電鏡觀察填料上生物膜的生長情況。

　　生物處理單元的運行條件見表1。

表1 生物單元運行條件 項目 接觸氧化槽 上流式接觸氧化柱(不曝氣) 上流式接觸氧化柱(曝氣) HRT(h) 4.96～13.05 1.0～3.7 1.6～2.8 水溫(℃) 20～30 18～27 12～26 DO(mg/L) 4～6 2.3～7.3 　

　　對COD、色度、濁度、SS采用標準方法進行測定，生物膜樣品經戊二醛—鋨酸固定、乙醇脫水，在臨界點干燥、噴金后用掃描電鏡觀察。
　　膜單元的運行條件：產水量為8～10L/h，反沖洗壓力為0.1MPa，運行壓力為0.15MPa，反沖洗周期為30min，反沖洗時間為10～15s。

2 結果與討論

　　① 表2、3是兩類生物反應器與膜系統匹配對印染廢水COD、色度平均處理結果的比較。

表2 對印染廢水COD?的處理結果比較 類別 接觸氧化槽 上流式接觸氧化柱 COD(mg/L) 去除率(%) COD(mg/L) 去除率(%) 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 原水 326.2 187.5 242.6 　 　 　 435.5 93.6 256.7 　 　 　 生物反應器出水 231.0 55.4 133.1 78.4 -3.51 43.5 392.1 35.1 165.1 73.7 -27.0 35.9 膜出水 107.0 7.9 43.5 96.8 49.1 81.7 207.4 7.9 96.8 93.8 22.5 64.3

表3 對印染廢水色度的處理結果比較 類別 接觸氧化槽 上流式接觸氧化柱 色度(倍) 去除率(%) 色度(倍) 去除率(%) 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 原水 160 80 123 　 　 　 250 80 146.4 　 　 　 生物反應器出水 400 80 229 0.2 -2.75 0.88 250 40 113.6 84 -66.7 20.4 膜出水 130 40 74 60.0 19 41 80 30 54 84 37.5 59.7

　　② 從兩種膜生物反應器對COD、色度、SS以及濁度的去除情況來看，生物單元出水隨進水水質變化產生波動，而膜單元出水水質均較穩定。
　　③ 從SS去除情況可以看出，每隔264h左右接觸氧化槽的處理效率會出現一個由最低到最高再回到最低的變化過程，同時由生物單元對COD的去除率變化也可看出這一趨勢。生物單元出水COD升高主要是由出水SS升高引起的，在COD去除率處于低值時出水SS達到最高值。由于膜單元的截留作用使膜生物反應器對COD的總去除率基本穩定在80%以上。COD去除率的周期變化與固定生物膜的生長周期密切相關，當COD處理效率處于上升階段時填料絲上生物膜的氧及營養物的傳質情況良好，此時生物膜生長速度超過了脫落速度，生物膜處于高活性狀態，因而對廢水中的污染物有較高的去除率，表現出COD去除率上升。隨著細菌大量生長、膜厚增加，此時內層膜處于內源呼吸階段，經過一定時間后內層的營養物耗盡，生物膜的完整性遭到破壞，同時產生的厭氧氣體在內層把膜頂起，使生物膜發生大塊脫落并露出新鮮的填料表面，完成了一個生物膜生長周期。脫落的生物膜隨水流從生物反應器排出，又被機械膜截留返回生物池。
　　接觸氧化槽運行696h的填料絲電鏡分析結果分別見圖2、3。

　　圖2所示為填料絲上的生物膜發生脫落的情形，此時填料絲上掛有兩層膜，外層膜不均勻且松散，而內層膜緊密，其厚度為60～80μm。由圖2可知，在試驗條件下當內膜厚度超過60～80μm時生物活性發生變化，生物膜脫落，此時生物反應器的處理效率最低。由圖3可見，在生物膜脫落后露出的填料絲表面上有少量新生細菌生長。從試驗結果來看，將超濾膜技術與固定生物膜法相結合的膜生物反應器系統達到了比較穩定的處理效果，而且整體處理效果不受生物單元周期變化的影響。當生物膜處于脫落期時由于機械膜的截留作用使得脫落的菌膠團返回生物單元，這部分菌膠團吸附的COD、有色化合物等也被截留返回接觸氧化槽，從而延長了這些污染物在反應器的實際停留時間，使出水水質保持穩定，但會出現接觸氧化槽內色度累積升高的現象。
　　④ 在不曝氣的情況下上流式接觸氧化柱相當于只依靠吸附作用去除污染物。上流式接觸氧化柱在運行216h以后達到色度吸附飽和(可視為填料柱的吸附去除值)，而曝氣后柱中生物量迅速增長。采用有吸附作用的凹凸棒填料使被吸附有色化合物的停留時間延長，從而提高了色度的去除率，但這類反應器易出現堵塞現象，運行936h的數據顯示由于發生堵塞后氣水混合沖洗造成出水COD、SS升高。圖4為運行500h填料表面的電鏡照片，可以看出反應器內的生物相豐富且有原生動物生長。

3 結論

　　①接觸氧化槽出水水質波動較大，但由于機械膜的截留作用使得脫落的菌膠團又返回生物單元，這部分菌膠團所吸附的COD、有色化合物等也被截留返回接觸氧化槽，從而延長了這些污染物在反應器的實際停留時間，最終使出水水質保持穩定。
?　②上流式接觸氧化柱在運行一定時間后易出現堵塞，但對印染廢水可以達到較高的色度去除率。
　　③采用兩種類型的接觸氧化生物反應器與膜系統相連組成膜生物反應器用于處理實際印染廢水，膜單元出水水質穩定，因而進行參數優化后可將膜生物反應器系統用于印染廢水處理。

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　　收稿日期：2001-12-22