王静等

摘要：以聚丙烯无纺布为膜组件，分别向浸渍式膜生物反应器中投入硬质/软质悬浮填料处理人工污水。通过分析测定了MBR中污泥混合液以及膜组件上污泥溶液的EPSs、EPSB变化，考察了软质、硬质悬浮填料对MBR中胞外聚合物的影响。实验结果表明：MBR中污泥混合液的EPS，膜组件表面污泥的EPSS、EPSB以及EPS，添加硬质填料的MBR-A均高于添加软质填料MBR-B。软质悬浮填料控制MBR膜污染的效果好于硬质悬浮填料。

关键词：软质悬浮填料；硬质悬浮填料；膜生物反应器；胞外聚合物

中图分类号：X703.5文献标识码：A文章编号：16749944（2014）01017102

1引言

膜生物反应器（membrane bioreactor，简称MBR）是实现污水再生回用和废水资源化的一项具有竞争力的新技术，具有出水水质好、运行维护简单、结构紧凑、占地面积少等优点，使其在污水回用等方面有广泛的应用前景。膜污染是影响MBR长期稳定运行的关键因素。MBR的膜污染物质主要来源于污泥混合液中的悬浮固体和上清液。有文献报道，悬浮固体、胶体和溶解性大分子有机物对膜污染阻力的贡献分别为65%、30%和5%[1，2]。向MBR中添加悬浮填料，减少污泥混合液中的悬浮固体在膜表面的沉积，是减缓和控制膜污染的有效方法之一。胞外聚合（extra-cellular polymeric substances，EPS）是微生物在一定条件下产生的高分子物质，也是一种优势膜污染物[3]。本文分别研究了MBR中添加硬质悬浮填料和软质悬浮填料后，污泥混合液以及膜组件表面污泥EPS的变化，以考察软/硬悬浮填料在控制悬浮固体膜污染的同时对EPS的影响，为延缓和控制MBR膜污染提供切实可行的方法和理论依据。

2材料与方法

2.1实验材料

悬浮填料分别如图1软质悬浮填料和图2硬质悬浮填料。实验用水为人工废水。

图1软质悬浮材料图2硬质悬浮填料

2.2实验方法及分析方法

将取自污水处理厂的活性污泥加入MBR反应器A、B中（MLSS约为4000mg/L）。MBR-A中添加硬质悬浮填料，MBR-B中添加软质悬浮填料。MBR的运行方式为间歇式：运行4min，停止2min。每7d为一个周期，分析MBR中污泥混合液以及膜组件A和膜组件B上污泥的EPSS、EPSB。用多糖和蛋白质的数量和表示EPS总量。蛋白质测定采用考马斯亮蓝法，多糖采用苯酚-硫酸比色法。

3结果与讨论

3.1污泥混合液及膜组件表面污泥的EPS

MBR-A及MBR-B的污泥混合液EPS随运行时间的变化如图3、图4所示。

图3污染混合液的EPS

图4膜组件表面污泥的EPS

从图3可以看出，填料的性质对MBR中污泥混合液的EPS有明显影响，EPS具有重要的生理功能，在细胞外部形成保护层以抵制外界环境的压力[3]。在曝气条件下，MBR悬浮填料在局部范围内不停扰动，增大了污泥混合液的紊动性，并且对膜表面也有一定的碰撞摩擦作用，有效减少了悬浮颗粒在膜表面的沉积，抑制膜污染。同时对污泥混合液中微生物细胞有一定的损伤，会刺激细胞分泌更多的EPS在细胞外部形成保护层。与软质填料相比，硬质填料的损伤作用更严重，导致添加硬质填料的MBR-A中污泥混合液及膜组件表面污泥的EPS明显高于添加软质填料的MBR-B。

3.2膜组件表面污泥的EPSS和EPSB

膜组件A和膜组件B表面污泥中EPSS和EPSB随运行时间的变化如图5、图6所示。

Rosenberger[4]将EPS分为两部分：溶解性EPS（soluble EPS，EPSS）和固着性EPS（bound EPS，EPSB）。从图4可以看出，添加硬质填料MBR中膜组件表面污泥的EPSS和EPSB均大于添加软质填料MBR中膜组件。污泥中EPS的增加会使得活性污泥颗粒以及其他污染物更容易在膜表面沉积并形成紧密的滤饼层，恶化膜过滤性能，加速膜污染。

图5膜组件表面污泥的EPSS

图6膜组件表面污泥的EPSB

4结语

添加硬质填料的MBR中污泥混合液的EPS，膜组件表面污泥的EPSS、EPSB以及EPS，均高于添加软质填料的MBR-B。说明填料性质对控制膜污染的效果有明显的影响。硬质填料在控制污泥在膜组件表面沉积的同时，对微生物絮体的破坏作用较软质填料严重，导致微生物分泌的更多的EPS，有可能加速膜污染。

参考文献：

[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] 李绍峰，崔崇威，黄君礼，胞外聚合物EPS对MBR膜污染的影响[J].哈尔滨工业大学学报，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