关键词：
氧基质生物膜反应器
灰水降解
数学模型
生物膜厚度
孔隙率
氧传质系数
摘要：
灰水污染程度低,产生量高,被认为是非饮用水再利用的潜在替代水源,灰水的回收利用一定程度上能够缓解全球水资源短缺的压力。氧基质膜生物膜反应器（O2-MBfR）具有无泡曝气、反扩散和微生物群落分层的鲜明特点,被广泛应用于灰水的处理研究当中。透气膜和生物膜特性能够影响O2-MBfR反应器对灰水的处理效果,但因实验技术和条件的限制,相关研究较少。同时,二者特别是生物膜特性对O2-MBfR反应器处理灰水的影响,采用实验探究难度较大。鉴于此,本研究构建O2-MBfR处理灰水数学模型,并使用模型探究透气膜氧传质系数、生物膜控制厚度和生物膜孔隙率对O2-MBfR反应器性能的影响。
首先,本研究中模型的校正和验证实验结果表明,模型经参数校正后,能够较准确地模拟出校正场景中灰水各组分在系统内的变化趋势,同时模型对两个验证场景的模拟值较接近实验观测值,模型具有一定的普适性。
其次,校正场景的模拟结果表明,缺氧反硝化菌在不同水力停留时间下,都在灰水直链烷基苯磺酸盐降解和氮的转换中发挥决定性作用。微生物在生物膜中的总占比受水力停留时间影响较小,生物量随着时间因生物膜厚度不断增加而增多,这是不同水力停留时间下,O2-MBfR处理灰水均取得较好效果的重要原因。
最后,氧传质系数、生物膜控制厚度和生物膜孔隙率对反应器性能影响的研究结论如下:
（1）氧传质系数探究实验结果表明,一定范围内,增大氧传质系数可以提高了生物膜膜内氧气的浓度,有利于灰水中表面活性剂的生物降解,提高了O2-MBfR对灰水的处理效果,但是过大的氧传质系数会因系统曝气限制对反应器性能提升不明显。
（2）生物膜控制厚度探究实验结果表明,研究中受进水有机物的限制,生物膜控制厚度保持在300μm能取得较好的灰水处理效果;生物膜控制厚度较小（100-200μm）时,O2-MBfR因生物量不足导致污染物去除性能受到限制,但在过大的生物膜控制厚度（500-600μm）时,微生物在生物膜中总占比下降,惰性物质积累,膜内氧气和污染物较大的传质阻力导致灰水处理效果相对下降。
（3）孔隙率探究实验结果表明,孔隙率保持在0.55和0.65,O2-MBfR能够取得较好的灰水处理效果;孔隙率较小（0.35-0.45）时,生物膜中微生物总占比较低,惰性物质积累,对氧气和污染物传质的限制导致灰水有机物和TN去除效果较差,但较大的孔隙率（0.75-0.85）又因生物量不足而影响O2-MBfR对灰水的处理效果。
总之,适当增加透气膜的氧传质系数可以提高O2-MBfR系统的氧气浓度,减少灰水处理曝气时的能量消耗;同时,合理控制生物膜厚度与生物膜的孔隙率有利于提高灰水的处理效果。
