剩余污泥是污水處理過程的副產(chǎn)物，其成分復(fù)雜，既包括致癌致畸致基因突變的難降解有機(jī)污染物、病原性微生物，還包括有毒有害的重金屬元素等。生物膜法工藝系統(tǒng)投加載體，微生物不是漂浮在水中，而是附著在載體表面，有利于大型生物的生長生存，其污泥濃度可以保持在6 000～7 000 mg/L，有利于形成系統(tǒng)的食物鏈，因此生物膜法是污泥減量的重要工具。生物膜法污泥減量技術(shù)的研究方向主要有兩種，一是填料優(yōu)化，二是開發(fā)生物膜組合工藝或者研發(fā)新的反應(yīng)器。

蜂窩式固定床生物反應(yīng)器（ISBS）是課題組前期以污泥減量為目標(biāo)設(shè)計的，其能實現(xiàn)微生物高濃度負(fù)載，微生物分區(qū)段排布：將高濃度的、可自我調(diào)節(jié)的、具有協(xié)同功效的菌群按污水流進(jìn)的方向固定在不同載體上，污水不用回流，從而使每個載體上的微生物能夠單元化地、專一地處理污水。這種設(shè)計不會造成菌種快速漲落而出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，污泥產(chǎn)生量也大大降低。前期試驗結(jié)果顯示，在工藝運行的55 d內(nèi)，ISBS生物反應(yīng)器每處理1萬t廢水，產(chǎn)生0.36 t剩余污泥（濕污泥）。

本文將ISBS生物反應(yīng)器應(yīng)用于中試，分析化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、溶解氧（DO）和鹽分等常規(guī)指標(biāo)的沿程變化規(guī)律，考察反應(yīng)器單元格的污水處理效能并探索微生物的生長環(huán)境，從脫氫酶活性和胞外聚合物（EPS）兩方面討論反應(yīng)器與污泥減量的聯(lián)系，全面系統(tǒng)的研究可以為ISBS生物反應(yīng)器處理醫(yī)藥廢水提供科學(xué)依據(jù)和理論支撐。

1材料與方法

1.1系統(tǒng)裝置與運行

如圖1所示，ISBS生物反應(yīng)器是由多階段工藝技術(shù)單元、系統(tǒng)和設(shè)備構(gòu)成的綜合體系，反應(yīng)器的尺寸為10.5 m×3.2 m×2.4 m，總?cè)莘e為80 m3，反應(yīng)器主體結(jié)構(gòu)材質(zhì)選擇的是環(huán)氧涂層鋼（RST37-2），功能區(qū)設(shè)有曝氣裝置與三維特有編織膜（見圖2），其有效比表面積為252 m2/m3。ISBS生物反應(yīng)器由6個區(qū)域組成，每個區(qū)域都填充多層惰性載體，它屬于連續(xù)流生物反應(yīng)器，配備固定生物質(zhì)和特定空氣擴(kuò)散系統(tǒng)，攪拌效果良好。試驗填料采用三維特有編織結(jié)構(gòu)的聚酰胺生物載體，用于取樣的載體長為30 cm，寬為22 cm，具有較大的比表面積，載體凈質(zhì)量為50～55 g，兩端用軋帶系上鋼管固定，以懸掛的方式浸沒于水中，每兩排填料間隔11 cm左右。

1.2采樣和分析方法

1.2.1采樣

每日監(jiān)測水質(zhì)指標(biāo)，從系統(tǒng)的進(jìn)水口和出水口分別采樣，在實驗室進(jìn)行水質(zhì)分析。系統(tǒng)穩(wěn)定運行時期，每隔3 d進(jìn)行一次生物膜特征和細(xì)菌種群分析。以ISBS生物反應(yīng)器前端與后端作為比較對象，分別從2區(qū)與5區(qū)設(shè)置的采樣載體中剪取50 g左右的生物膜，用200 mL蒸餾水對其反復(fù)沖刷，收集沖刷液，取兩滴于載玻片上并立即進(jìn)行鏡檢。其余沖刷液分別裝入兩個含有100 mL硫代硫酸鈉的取樣瓶中，放入冰箱-80℃保存。樣品編號由采樣次序與區(qū)域編號組成，分別為1-2、1-5、2-2、2-5、3-2、3-5、4-2、4-5、5-2、5-5。

按照標(biāo)準(zhǔn)方法測定混合液懸浮物（MLSS）、硝態(tài)氮（NO3-N）、TN、COD和總磷（TP）。DO測定使用溶解氧快速測定儀，鹽分測定使用鹽分快速測定儀，pH測定使用丹麥Unisense PH 微電極。

1.2.2生物脫氫酶活性分析方法

微生物對污水中污染物的降解主要是依靠微生物體內(nèi)各種酶催化作用下的生物氧化反應(yīng)，脫氫酶尤為關(guān)鍵。脫氫酶活性既可以表征廢水中有機(jī)物降解活性的強(qiáng)弱，又能表征污泥的活性。試驗脫氫酶活性采取脫氫酶試劑盒測定，其原理與2,3,5-三苯基氯化四氮唑分光光度法原理一致。

1.2.3胞外聚合物分析方法

生物膜一般由微生物細(xì)胞與胞外聚合物（EPS）組成。胞外聚合物由細(xì)胞產(chǎn)物、分解產(chǎn)物、從污泥中吸附的有機(jī)物質(zhì)等組成，其主要成分為蛋白質(zhì)和多糖，與污泥源頭息息相關(guān)。COLLIVIGNARELLI等首次確定污泥產(chǎn)量與胞外聚合物的組分相關(guān)，后續(xù)研究提出多糖在EPS中的比例可以說明生物膜附著性能，蛋白質(zhì)中的胞外酶是促進(jìn)大分子胞外聚合物分解成小分子而被微生物吸收的主要成分，一定程度上反映生物膜活性。

另外，EPS結(jié)構(gòu)組成因微生物不同而各異，按聚合物與微生物細(xì)胞的結(jié)合程度，可將污泥EPS分為黏液層（S-EPS）、松散結(jié)合的胞外聚合物（LB-EPS）和緊密結(jié)合的胞外聚合物（TB-EPS），提取方法是根據(jù)CHENG等樣品處理方法稍加改動而獲得。

將上述步驟得到的三種粗提取EPS過0.45μm濾膜進(jìn)行過濾，然后放置在3 500 Da透析袋內(nèi)，4℃下透析2 d，其間每隔8 h換水一次。本研究將3層胞外聚合物分別提取出來，混合均勻后檢測每份樣品的蛋白質(zhì)含量、多糖含量和EPS含量，由于試驗條件限制，EPS含量以多糖和蛋白質(zhì)含量之和粗略估算。蛋白質(zhì)的測定采用改進(jìn)型勞里法（Lowry），以牛血清蛋白作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。多糖測定采用苯酚-硫酸法，以葡萄糖作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。