复合膜生物反应器的生物学研究

摘要：投加载体的膜生物反应器中同时存在附着生长和悬浮生长的微生物，对HSMBR系统的生物相进行 分析 ，发现悬浮生长微生物中的大多数菌属在生物膜中也同样存在，这为微生物在附着相和悬浮相之间的转化提供了物质基础。此外，对反应器内微生物之间的相互关系进行了分析，对微生物的构成进行了探讨。

关键词：复合膜生物反应器 生物相 泡沫填料

1　HSMBR系统

　　带有泡沫填料的复合淹没式膜生物反应器(HSMBR)系统将多种污水处理工艺整合在极其简单的装置中，使系统兼具生物膜法、活性污泥法和膜分离的特点^［1］。HSMBR系统的工艺流程如图1所示。原水经前置反硝化A段进入好氧生物反应器，在出水泵的抽吸作用下得到膜过滤出水。

　　好氧生物反应器采用的泡沫填料是具有海绵蜂窝状结构的高分子聚合物，孔隙率为90%，挂膜后其密度略大于水。填料的孔径为0.5～1.5mm，有利于0.01mm的 细菌和0.1mm的原生动物进出。将填料串联，上端固定在反应器内的支架上，另一端悬浮于水中，使其在反应器内能有束缚地漂动。填料的介入为微生物提供了更加有利的生存环境，附着相和悬浮相微生物协作完成了对污染物的降解过程。
　　HSMBR系统对污染物的去除主要由生物反应器来完成，但过滤膜能使大分子难降解物质在体积有限的反应器中获得足够的停留时间而被去除。同时，过滤膜还能将几乎所有的生物量截留在反应器内，使反应器内的总生物量维持在较高的水平，从而以紧凑的系统布置获得较高的去除率。

2 生物量的测定

　　反应器内生物量的测定结果见表1。

　　从表1可以看出，A段反应器中以悬浮生长的微生物为主(占总生物量的99%以上)，由于陶粒填料填充率大(54%)，也可认为这些微生物是松散地附着在陶粒表面的。VSS/SS沿水流方向有减小的趋势，说明生物活性有所下降。
　　在O段反应器中悬浮相与附着相共存，并以附着生长的微生物为主(约占总生物量的72%)。中部填料表面的生物量最多(7.88g污泥/g填料)，上部填料上的生物量相对较少(5.763g污泥/g填料)，下部填料上的生物量为7.571g污泥/g填料，这是由反应器内的底物浓度和曝气强度等条件所决定的。填料内部的厌氧污泥所占比例从上至下分别为25%、21%和24%。填料上VSS/SS值从上至下并无变化(均为0.8)，如图2所示。

　　填料表层生物膜的VSS/SS值比填料内部的高，这种差异在中、下部填料较为明显，而上部填料内、外的VSS/SS值较为接近(如图3所示)。

　　图3说明在生物反应器内，DO充足的区域好氧附着微生物的活性较高，而在DO浓度相对较低的区域则厌氧附着微生物的活性较高。

3　生物相组成

　　从O段反应器的中间取样口取出一定的混合液及带生物膜的填料，将其溶于无菌水中，充分振荡以使生物膜脱离填料，然后用基础培养基进行平板稀释分离，在37℃下培养24h，经反复分离纯化后对其进行细菌单体、菌落形态的观察及生理生化试验(鉴定到属)^［2］，最终分离出6种菌属：假单胞菌属(Pseudomonas)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、微球菌属(Micrococcus)、动胶菌属(Zoogleea Ltzigsohn)、气单胞菌属(Aeromonas)和黄杆菌属(Havobacterium)，其中的优势菌属为假单胞菌属、葡萄球菌 属和黄杆菌属。从悬浮生长的微生物中也分离出6种菌属：假单胞菌属、葡萄球菌属、巨大芽孢杆菌属(Bacillus Megaterium)、黄杆菌属和邻单胞菌属(Plesiomonas)，其中假单胞菌属和黄杆菌属为优势菌种。除上述通过培养基分离鉴定出的菌胶团细菌外，系统中 还存在大量的丝状菌和放线菌。
　　好氧反应器内还有种类丰富的原生动物和后生动物，悬浮生长的主要有前口虫、裸口虫、漠口虫、肾形虫、裂口虫、袋口虫、草履虫、长颈虫和漫游虫等游泳型原生动物及轮虫；附着生长的主要有带柄钟虫、固着足吸管虫、累枝虫、线虫、轮虫、螵体虫等。镜检时还发现游 泳型原生动物多聚集在生物膜及菌胶团周围捕食游离细菌。
　　采用同样 方法 测定缺氧反硝化A段生物膜中的异养型细菌，共检出5种菌属：假单胞菌属、埃希氏菌属(Echerichia)、微球菌属、不动细菌属(Acinetobacter)和巨大芽孢杆菌属。