2 结果与分析
2.1 MBR中污泥浓度的变化
反应器中污泥浓度随运行时间的变化规律见图2。结合COD容积负荷的变化可知,在反应器运行过程的前81d,污泥浓度随进水COD容积负荷的增大而增大;后81d,由于进水COD容积负荷出现降低,污泥浓度也呈现出逐渐降低的趋势。在前70d中,平均容积负荷为0.76kg•m-3•d-1,由于容积负荷较低且处于驯化阶段,污泥浓度增加缓慢;但在第70-81天之间污泥浓度迅速由6.3g•L-1提高到10.4g•L-1,这主要是由于在此期间容积负荷由1.48kg•m-3•d-1增大到2.22kg•m-3•d-1,平均为1.89kg•m-3•d-1,相应地污泥负荷大大增加,从而导致污泥浓度明显增大;此后当容积负荷保持在1.45kg•m-3•d-1左右时,污泥浓度稳定在8.6g•L-1左右。由此可见,稳定状态的污泥浓度随容积负荷的增大而升高。
图2 污泥浓度随时间的变化
在试验后期阶段,容积负荷变化不大,平均为1.11kg•m-3•d-1,而污泥浓度降至5.6g•L-1左右。结合图4、5,原因如下。
(1)试验后期垃圾渗滤液水质发生变化,有机物浓度降低,BOC5/COD由0.6降至0.28,可生化性变差,污泥BOD负荷仅为0.019kg•kg-1•d-1(常规活性污泥法污泥负荷一般为0.20-0.4kg•kg-1•d-1),微生物处于内源呼吸阶段,基质的严重缺乏使其发生自身溶解,从而造成污泥浓度下降。
(2)反应器中微生物内源呼吸代谢产物的积累和膜对进水惰性物质的截留影响了污泥的代谢活性。
同时图2中混合液挥发性悬浮固体(mixed liquor volatile suspension solid,MLVSS)的变化与混合液悬浮固体(mixed liquor suspension solid,MLSS)的变化规律相似。
2.2 MBR中活性污泥的沉降性能
由图3可知,在运行初期的40多天中,污泥具有良好的沉降性能,30min污泥沉降比(settling volume,SV30)平均为33.4%,污泥体积指数(sludge volume index,SVI)平均为64.6mL•g-1;在第48-54天中,由于进水负荷的冲击,反应器出现异常导致污泥SVI由84.7mL•g-1提高到166mL•g-1,但随着系统的逐渐适应和恢复,SVI又有所下降;在运行中期的60多天时间里,由于污泥负荷的提高,污泥浓度增大,导致污泥沉降性能变差,平均SV30为97.2%,相应的SVI为114.1mL•g-1;在后期,由于污泥负荷降低使得微生物处于内源呼吸期,但细菌自溶会产生大量溶解性微生物产物(soluble microbial products,SMP)和ECP[1],而MBR的运行特点使得SMP和ECP在反应器中大量积累,污泥混合液粘度由运行第50天的1.25mPa•s-1增至第196天的2.47mPa•s-1、污泥颗粒粒径相应地由42.10μm减小至27.62μm(图6),污泥絮体极其细碎,沉降性能很差,SV30几乎为100%,SVI也高达180mL•g-1。
在传统活性污泥工艺中,污泥沉降性能变差将直接导致出水水质下降,由于本试验中MBR是通过膜分离实现泥水分离,故系统运行未受污泥沉降性能的影响。
图3 试验运行过程中SV30和SVI的变化
2.3 MBR中污泥的活性
影响污泥活性的因素是多方面的,除了基本的工艺参数外,还包括膜分离对无机物质的截留以及大分子难降解有机物和溶解性微生物产物在反应器中的积累等。污泥活性的描述也是多方面的,本试验采用MLVSS/MLSS、脱氢酶活性以及比耗氧速率对污泥活性进行综合评价。
2.3.1 MLVSS/MLSS
污泥活性最简单的一种表示方法是考察污泥混合液中的挥发性组分与总固体的比值(即MLVSS/MLSS)。图4为试验过程中MLVSS/MLSS反映的比活性变化,可知在前130d中污泥的MLVSS/MLSS平均保持在0.76左右,随后呈现较弱的下降趋势,由第130天的0.74下降到最后的0.64。这是由于该试验是在不排泥的条件下进行,经长期运行后污泥处于营养缺乏状态,必然引起其活性的下降;另一方面,MLVSS/MLSS所反映的是污泥中非无机成分所占的比例,反应器对进水无机悬浮物的截留使得MLSS增加,相应的MLVSS/MLSS则降低。
2.3.2 污泥脱氢酶活性
系统中水解区和膜区污泥脱氢酶活性的变化见图5。从总体趋势上看,水解区和膜区污泥的脱氢酶活性均随运行时间延长而下降。这是由于难降解有机物在膜生物反应器中的积累造成的,这些难降解物质一方面来源于微生物内源呼吸的代谢产物;另一方面来源于反应器对进水难降解有机物和无机悬浮物的截留,其对活性污泥的代谢活性具有抑制作用[8],运行时间越长,惰性物质在反应器中的积累越多,从而体现在污泥脱氢酶活性的降低。
图4 试验过程中MLVSS/MLSS的变化
图5 脱氢酶活性的变化