复合式膜生物反应器启动研究

余中亮

摘 要：采用2阶段挂膜方式进行复合式膜生物反应器启动试验，1阶段为生物填料挂膜；2阶段为活性污泥驯化。结果表明，在进水COD为80～200mg/L，氨氮质量浓度为16～30mg/L的条件下，18d左右完成挂膜，30d的COD和氨氮去除率分别稳定在80%和90%以上，出水水质达到GB18918-2002一级A标准。试验过程中还发现，启动时间取决于第1阶段，且挂膜期间氨氮的去除率的提高明显快于COD去除率的提高，表明该启动方式更有利于强化系统的脱氮效果。系统内生物量在挂膜19d后达到893mg/L，当第21d向系统内添加1200mg/L活性污泥后，附着生物量略有减少，最终稳定在700mg/L左右，活性污泥含量有少量增加，最终维持在1500mg/L左右。

关键词：复合式膜生物反应器；启动挂膜；生活污水

中图分类号 X505 文献标识码 A 文章编号 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

復合式膜生物反应器是将传统膜生物反应与生物膜法结合的新型废水处理工艺[1]，该工艺结合了两者的优点，增强了传统膜生物反应器的处理效果，有效缓解了膜污染现象并为反应器内的SND过程提供了更有利的条件[2]。目前，对该工艺的应用研究受到了广泛关注，大多数学者热衷于关注该工艺处理不同废水的效果，而对于该工艺的启动方式研究甚少。目前，关于复合式膜生物反应器的启动方法大致可分为以下3种：（1）自然挂膜法，利用污水中的微生物自然富集在填料上进行挂膜；（2）活性污泥挂膜法，通过活性污泥进行闷曝挂膜；（3）菌种挂膜法，通过投加菌种进行培养挂膜。不同的启动方法所需要的周期差别很大，且对系统的处理效果影响也很明显。为了更好的提高该工艺的脱氮效果和研究其附着微生物与悬浮微生物的增长规律，本实验对复合式膜生物反应器采用菌种和活性污泥2期挂膜启动过程进行研究，以期为该工艺的快速启动提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验装置 实验装置为复合式膜生物反应器（图1）。反应器总有效容积77L，填料区为28.7L，膜组件区为38.5L，填料区安置生物带，膜组件区放置膜组件，生物带和膜组件底部正下方设曝气管曝气。膜组件选用中空纤维膜，材质为聚丙烯（PP），过滤面积为0.2m2，膜孔径为0.1μm。操作压力为10～40kPa，进水采用U形管水位箱，连续进水，间歇出水，抽/停周期为10/3min。

1.2 生物带介绍 生物带采用美国科恩国际有限公司研制的专门用于生物膜法污水处理的一种柔性填料。它采用生物惰性很强的高分子材质，具有很好的物理稳定性和化学稳定性，因此使用寿命长。其参数如下：长度10m、宽度4.5mm、厚度4mm，比表面积250，孔径10～350μm。

1.3 水质介绍 实验原水取自合肥市肥西县派河，进水各项指标如表1所示。实验过程中水质指标分析采用国家标准方法：氨氮采用纳氏试剂分光光度法；TN采用紫外分光光度法；pH采用玻璃电极法。DO和水温的测定采用YSI550A型溶解氧分析仪。

1.4 研究方法 本实验启动过程分为2个阶段：第1阶段为挂膜阶段，将生物带安装完毕后，向反应器内投加混合菌种闷曝4d，然后连续进出水，维持DO=6mg/L，HRT=10h直到载体上的生物膜生长稳定；第2阶段为污泥驯化阶段，向反应器内投加活性污泥进行驯化培养，直到系统出水连续稳定（活性污泥取自合肥市经济技术开发区污水处理厂）。启动挂膜时间为5月份，实验期间环境温度维持在25℃左右。

1.5 生物膜量测定方法 实验过程中的生物膜量监测方法：选取1cm生物带，用蒸馏水漂洗，除去附着活性污泥，然后用20% NaOH浸泡6h，接着取出生物带放入蒸馏水中用超声波震荡，直至填料表明看不到明显的生物絮体为止。再采用重量法测定剥离载体的生物量。

2 结果与分析

2.1 系统对COD的去除 实验前10d为挂膜阶段，后10d为活性污泥驯化阶段，从图2可以看出，挂膜阶段COD的去除率随时间增加，运行到第18天，COD去除率已达到65%，可认为挂膜成功。18～20d，COD去除率稳定在65%以上，第20天开始第2阶段，活性污泥驯化，22d后COD去除率稳定到75%以上。实验结果说明，生物带挂膜只需要18d，活性污泥驯化只需要3d，整个系统启动30d内能达到稳定高效的COD去除率，保证出水COD维持在50mg/L。

2.2 系统对氨氮的去除效果 从图3可以看出，系统对氨氮的去除率在第10天并稳定维持在90%以上，出水氨氮含量均在2mg/L以下，进入第2阶段时，系统对氨氮的去除效果没有明显变化。结果表明，系统对氨氮有很理想的去除效果，启动过程中氨氮去除率的增长明显快于COD的去除率，且提前到达稳定状态。这一现象与张智等[3]的研究结论相反，说明采用菌种挂膜相比于活性污泥挂膜能有效快速提高系统的脱氮效果。

2.3 系统对TN的去除效果 在添加活性污泥后对系统内TN去除率进行监测，监测数据见图4，系统对TN去除率均在60%以上，第24天前，即污泥馴化期间TN去除率随时间缓慢增加，24d之后TN去除率稳定维持在70%以上，出水中TN含量均在8mg/L以下。而传统的A/O-MBR工艺处理类似废水，TN去除率受到水体中C/N值限值，在不添加碳源的前提下很难达到70%[4]。出现这一现象主要原因是，复合式膜生物反应器内存在附着生长和悬浮生长两周微生物形态，能更好的提供SND环境，有效提搞系统的脱氮性能。

2.4 系统启动期间微生物含量变化 在启动期间，每隔5d测试填料上微生物含量见图5。从图5可以看出，在第1阶段微生物含量从700mg/L增加到1000mg/L，到第2阶段活性污泥加入后，附着微生物量又回降到700mg/L左右，活性污泥含量由1200mg/L增加到1600mg/L左右，系统内总微生物含量在第25天后稳定维持在2500mg/L左右。第1阶段只有附着微生物生长，所以微生物含量逐步上升，至少活性污泥加入后出现竞争关系，因为活性污泥属于流化态，与水体接触面积大，因此活性污泥很快出现竞争优势快速增长，由于进水中营养物质有限，附着微生物含量下降，最终在第25天2种微生物含量稳定。

3 结论

启动挂膜实验结果表明，采用混合菌种挂膜可以快速启动复合式膜生物反应器，只需10d，对氨氮去除率达到90%以上，18d便能生长出稳定的生物膜，微生物含量达到1000mg/L，对COD去除率达到65%以上，添加活性污泥后3d，系统对COD、氨氮和TN去除率稳定在75%、95%和70%以上，微生物总量维持在2500mg/L以上，可断定系统启动成功。可见，采用混合菌种和活性污泥2期挂膜启动复合式膜生物反应器，具有周期短、效果明显、微生物含量稳定的优点，能有效缩短该工艺系统的启动周期。

参考文献

[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]张智，赵青，陈杰云，等.好氧移动床多级AO 工艺挂膜启动研究[J].水处理技术，2013，39（6）：53-56.

[4]冯志江，戴捷，刘文，等，A/O-MBR处理低C/N生活污水的脱氮因素研究[J].湖北农业科学，2015，54（10）：2354-2357.

（责编：张宏民）