復(fù)合膜生物反應(yīng)器的生物學(xué)研究樣本

復(fù)合膜生物反映器生物學(xué)研究摘要：投加載體膜生物反映器中同步存在附著生長(zhǎng)和懸浮生長(zhǎng)微生物，對(duì)HSMBR系統(tǒng)生物相進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)懸浮生長(zhǎng)微生物中大多數(shù)菌屬在生物膜中也同樣存在，這為微生物在附著相和懸浮相之間轉(zhuǎn)化提供了物質(zhì)基本。此外，對(duì)反映器內(nèi)微生物之間互有關(guān)系進(jìn)行了分析，對(duì)微生物構(gòu)成進(jìn)行了探討。核心詞：復(fù)合膜生物反映器生物相泡沫填料

1HSMBR系統(tǒng)帶有泡沫填料復(fù)合沉沒式膜生物反映器(HSMBR)系統(tǒng)將各種污水解決工藝整合在極其簡(jiǎn)樸裝置中，使系統(tǒng)兼具生物膜法、活性污泥法和膜分離特點(diǎn)［1］。HSMBR系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。原水經(jīng)前置反硝化A段進(jìn)入好氧生物反映器，在出水泵抽吸作用下得到膜過濾出水。好氧生物反映器采用泡沫填料是具備海綿蜂窩狀構(gòu)造高分子聚合物，孔隙率為90%，掛膜后其密度略不不大于水。填料孔徑為0.5～1.5mm，有助于0.01mm細(xì)菌和0.1mm原生動(dòng)物進(jìn)出。將填料串聯(lián)，上端固定在反映器內(nèi)支架上，另一端懸浮于水中，使其在反映器內(nèi)能有束縛地漂動(dòng)。填料介入為微生物提供了更加有利生存環(huán)境，附著相和懸浮相微生物協(xié)作完畢了對(duì)污染物降解過程。

HSMBR系統(tǒng)對(duì)污染物去除重要由生物反映器來完畢，但過濾膜能使大分子難降解物質(zhì)在體積有限反映器中獲得足夠停留時(shí)間而被去除。同步，過濾膜還能將幾乎所有生物量截留在反映器內(nèi)，使反映器內(nèi)總生物量維持在較高水平，從而以緊湊系統(tǒng)布置獲得較高去除率。2生物量測(cè)定反映器內(nèi)生物量測(cè)定成果見表1。表1生物量測(cè)定成果指標(biāo)懸浮相生物量(mg/L)附著相生物量(mg/g填料)上部填料中部填料下部填料外內(nèi)外內(nèi)外內(nèi)O段反映器SS4175429014736227165357781793VSS3465348411095155112547761245VSS/SS0.830.810.750.830.680.830.69A段反映器SS91535.93.82.5VSS67064.32.41.2VSS/SS0.730.730.610.50從表1可以看出，A段反映器中以懸浮生長(zhǎng)微生物為主(占總生物量99%以上)，由于陶粒填料填充率大(54%)，也可以為這些微生物是松散地附著在陶粒表面。VSS/SS沿水流方向有減小趨勢(shì)，闡明生物活性有所下降。

在O段反映器中懸浮相與附著相共存，并以附著生長(zhǎng)微生物為主(約占總生物量72%)。中部填料表面生物量最多(7.88g污泥/g填料)，上部填料上生物量相對(duì)較少(5.763g污泥/g填料)，下部填料上生物量為7.571g污泥/g填料，這是由反映器內(nèi)底物濃度和曝氣強(qiáng)度等條件所決定。填料內(nèi)部厭氧污泥所占比例從上至下分別為25%、21%和24%。填料上VSS/SS值從上至下并無變化(均為0.8)，如圖2所示。填料表層生物膜VSS/SS值比填料內(nèi)部高，這種差別在中、下部填料較為明顯，而上部填料內(nèi)、外VSS/SS值較為接近(如圖3所示)。圖3闡明在生物反映器內(nèi)，DO充分區(qū)域好氧附著微生物活性較高，而在DO濃度相對(duì)較低區(qū)域則厭氧附著微生物活性較高。3生物相構(gòu)成從O段反映器中間取樣口取出一定混合液及帶生物膜填料，將其溶于無菌水中，充分振蕩以使生物膜脫離填料，然后用基本培養(yǎng)基進(jìn)行平板稀釋分離，在37℃下培養(yǎng)24h，經(jīng)重復(fù)分離純化后對(duì)其進(jìn)行細(xì)菌單體、菌落形態(tài)觀測(cè)及生理生化實(shí)驗(yàn)(鑒定到屬)［2］，最后分離出6種菌屬：假單胞菌屬(Pseudomonas)、葡萄球菌屬(Staphylococcus)、微球菌屬(Micrococcus)、動(dòng)膠菌屬(ZoogleeaLtzigsohn)、氣單胞菌屬(Aeromonas)和黃桿菌屬(Havobacterium)，其中優(yōu)勢(shì)菌屬為假單胞菌屬、葡萄球菌屬和黃桿菌屬。從懸浮生長(zhǎng)微生物中也分離出6種菌屬：假單胞菌屬、葡萄球菌屬、巨大芽孢桿菌屬(BacillusMegaterium)、黃桿菌屬和鄰單胞菌屬(Plesiomonas)，其中假單胞菌屬和黃桿菌屬為優(yōu)勢(shì)菌種。除上述通過培養(yǎng)基分離鑒定出菌膠團(tuán)細(xì)菌外，系統(tǒng)中還存在大量絲狀菌和放線菌。

好氧反映器內(nèi)尚有種類豐富原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，懸浮生長(zhǎng)重要有前口蟲、裸口蟲、漠口蟲、腎形蟲、裂口蟲、袋口蟲、草履蟲、長(zhǎng)頸蟲和漫游蟲等游泳型原生動(dòng)物及輪蟲；附著生長(zhǎng)重要有帶柄鐘蟲、固著足吸管蟲、累枝蟲、線蟲、輪蟲、螵體蟲等。鏡檢時(shí)還發(fā)現(xiàn)游泳型原生動(dòng)物多匯集在生物膜及菌膠團(tuán)周邊捕食游離細(xì)菌。

采用同樣辦法測(cè)定缺氧反硝化A段生物膜中異養(yǎng)型細(xì)菌，共檢出5種菌屬：假單胞菌屬、埃希氏菌屬(Echerichia)、微球菌屬、不動(dòng)細(xì)菌屬(Acinetobacter)和巨大芽孢桿菌屬。4微生物構(gòu)成由于反映器內(nèi)生態(tài)環(huán)境不同，微生物種類、數(shù)量和代謝活性等也不相似，從而在微生物間形成互相聯(lián)系、互相制約動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，這種動(dòng)態(tài)平衡形成和維持將直接影響系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效果［3］。

投加載體生物反映器中同步存在附著相和懸浮相，懸浮微生物大多數(shù)菌屬在生物膜中也同樣存在，這種共性為微生物在兩相之間轉(zhuǎn)化提供了物質(zhì)基本。無論是附著相還是懸浮相，都要通過吸附作用將污水中污染物及DO吸附到微生物表面后才干進(jìn)行生物降解。生物膜外DO在向內(nèi)層轉(zhuǎn)移過程中不斷被膜內(nèi)微生物消耗，使內(nèi)層處在缺氧或厭氧狀態(tài)。缺氧微環(huán)境存在使兼性菌可以直接運(yùn)用硝態(tài)氮進(jìn)行呼吸代謝，實(shí)現(xiàn)同步反硝化，厭氧微環(huán)境存在使生物膜中聚磷菌厭氧放磷和好氧吸磷過程同步存在。

在好氧生物反映器生物膜或懸浮污泥絮體外層中好氧硝化菌和氨化菌占優(yōu)勢(shì)，能迅速吸附和降解含氮化合物；內(nèi)層則棲居著大量厭氧反硝化菌和氨氧化細(xì)菌，它們運(yùn)用外層優(yōu)勢(shì)菌產(chǎn)生NO3-、NH+4等進(jìn)行反硝化反映。此外，膜生物反映器內(nèi)有機(jī)負(fù)荷和其她微生物競(jìng)爭(zhēng)能力均較低，氨化菌、硝化菌、反硝化菌、厭氧氨化菌更容易成為優(yōu)勢(shì)菌，從而可獲得穩(wěn)定、高效脫氮效果。

研究表白，硝化菌會(huì)優(yōu)先附著生長(zhǎng)在載體上［4］。填料介入為微生物提供了更有利生存環(huán)境，所構(gòu)成新生態(tài)系統(tǒng)在縱橫兩個(gè)方向上互有關(guān)聯(lián)。在縱向上微生物構(gòu)成一種由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等各種營(yíng)養(yǎng)級(jí)構(gòu)成復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，其中每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物量都受到環(huán)境和其她營(yíng)養(yǎng)級(jí)制約，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；在橫向上沿著水流到載體方向構(gòu)成了一種懸浮好氧型、附著好氧型、附著兼氧型和附著厭氧型各種不同活動(dòng)能力、呼吸類型、營(yíng)養(yǎng)類型微生物系統(tǒng)，從而大大提高了反映器解決能力和穩(wěn)定性。從系統(tǒng)論觀點(diǎn)看，系統(tǒng)構(gòu)造越復(fù)雜，其穩(wěn)定性越強(qiáng)，適應(yīng)環(huán)境變化能力也越強(qiáng)。同步由于系統(tǒng)自身構(gòu)造特點(diǎn)，在特定微環(huán)境中形成特定優(yōu)勢(shì)菌屬使復(fù)合系統(tǒng)具備脫氮除磷功能［5］。

對(duì)于懸浮生長(zhǎng)生物相，依照懸浮污泥絮體大小、反映器負(fù)荷及DO水平不同，也存在與附著生長(zhǎng)生物相類似構(gòu)造［6］。由于氧擴(kuò)散限制，在微生物絮體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生DO梯度。在懸浮污泥絮體外表面DO濃度較高，以好氧菌和硝化菌為主；在污泥絮體內(nèi)部則由于氧傳遞受阻和外部氧大量消耗而產(chǎn)生缺氧區(qū)，反硝化菌占優(yōu)勢(shì)。反映器內(nèi)缺氧微環(huán)境是形成同步反硝化重要因素。

在生物膜多層構(gòu)造中，好氧區(qū)微生物合成作用與活性污泥類似，通過增殖可以使生物膜增厚，生物膜加厚反過來又會(huì)影響DO和底物擴(kuò)散傳質(zhì)，使一某些好氧微生物在轉(zhuǎn)為厭氧狀態(tài)時(shí)死亡解體，溶出細(xì)胞物質(zhì)則作為內(nèi)層其她厭氧菌營(yíng)養(yǎng)源。由于生物膜內(nèi)有較多營(yíng)養(yǎng)級(jí)較高原生動(dòng)物和后生動(dòng)物存在，它們對(duì)游離細(xì)菌和菌膠團(tuán)捕食使生物量增殖得到了控制，這兩方面作用維持了附著生物量動(dòng)態(tài)平衡。在復(fù)合系統(tǒng)中雖然存在兩相微生物，但附著相占優(yōu)勢(shì)地位，使系統(tǒng)內(nèi)生物量可以保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。5結(jié)論在HSMBR系統(tǒng)中，填料介入為微生物提供了更加有利生存環(huán)境，附著和懸浮生長(zhǎng)微生物協(xié)作完畢對(duì)污染物降解過程，其中附著生長(zhǎng)微生物占多數(shù)。兩相之間可轉(zhuǎn)化性增強(qiáng)了系統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)制，使復(fù)合系統(tǒng)具備更強(qiáng)適應(yīng)性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)復(fù)雜生態(tài)構(gòu)造使其具備了較強(qiáng)抗沖擊負(fù)荷能力。

HSMBR系統(tǒng)通過生長(zhǎng)在生物膜中豐富微生物種群降解作用，可以有效去除有機(jī)物和氮。在反映器內(nèi)沿著水流到載體方向，構(gòu)成一種懸浮好氧型、附著好氧型、附著兼氧型和附著厭氧型各種不同活動(dòng)能力、呼吸類型、營(yíng)養(yǎng)類型微生物系統(tǒng)。微生物之間形成了互相聯(lián)系、互相制約動(dòng)態(tài)平衡體系。對(duì)污染物去除由各種微生物協(xié)作完畢。

在反映器內(nèi)特定微環(huán)境中會(huì)形成特定優(yōu)勢(shì)菌種，從而增強(qiáng)了反映器解決能力和適應(yīng)性。由于厭氧和缺氧微環(huán)境存在，系統(tǒng)內(nèi)存在同步硝化和反硝化現(xiàn)象，聚磷菌厭氧釋磷和好氧攝磷過程也同步存在，因而HSMBR系統(tǒng)在去除有機(jī)物同步兼具脫氮除磷功能。

參照文獻(xiàn)：［1］張軍，王寶貞，聶梅生.復(fù)合沉沒式中空膜生物反映器解決生活污水特性研究［J］.中華人民共和國(guó)給水排水，1999，15(9)：13-16.

［2］任南琪.水污染控制微生物學(xué)［M］.哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

［3］林剛，何強(qiáng).廢水解決中微生物間互相作用初探［J］.給水排水，1998，24(12)：10-12.

［4］王建龍.復(fù)合生物反映器解決廢水特性研究［J］.中華人民共和國(guó)給水排水，1998，14(2)：29-32.

［5］WangBaozhen,Yang