3.3.7 膜切面细菌分布特征

         对被污染的膜丝切面进行死活染色，结果如图 3.8 所示，膜表面滤饼层外层分布着较多数量的活细菌（图 B），滤饼层内部甚至膜孔内分布的大部分为死细菌（图A），此类现象的产生可能是由于随着膜表面滤饼层的形成及厚度的增加，位于滤饼层内部的微生物由于氧气及营养物质的传质受限，从而逐渐死亡。在滤饼层外层，DO 及水中的营养物质阶梯状传递，可以维持不同微生物的生长繁殖，沿滤饼层径向内部死细菌占主体而活细菌数量较少，而沿径向外部则多为活细菌。滤饼层死活细菌分布与好氧颗粒污泥死活细菌分布不同，好氧颗粒污泥表面的空隙可以传输DO 及营养物质，导致好氧颗粒污泥空隙周围亦有部分活细菌存在，这也侧面说明了膜表面滤饼层的空隙较好氧活性污泥表面更加致密[48]。由于其滤饼层内部多为死细菌，无法分泌 EPS、SMP 等黏性物质，导致其黏度差，无法很好的黏附外围的活细菌层，在曝气气泡的水力剪切力冲刷下使得滤饼层脱落下来。此外，由图 A 和图 C 可知，膜丝内部膜孔乃至膜丝内部空间仍有小部分红色区域，这也可以说明随着反应器的运行，有小部分的细菌可以通过膜孔穿过至膜丝内部，并进行生长繁殖，导致膜孔堵塞现象的加剧，但后期可能由于膜丝内部 DO 及营养物质的缺乏而导致其死亡。

3.3.8 吸附动力学研究

         物质的吸附速率及反应类型通常采用吸附动力学曲线来研究。常用的吸附动力学方程主要有：伪一级动力学方程

       式中 qt 为 t 时间(min)内单位质量富铁污泥对溶液中磷的吸附量(mg/g)；qe 为单位质量的富铁污泥对溶液中磷的平衡吸附量(mg/g)；k1 为伪一级速率常数(min-1）；K2 为伪二级吸附速率常数(g/(mg·min))。

磷在富铁污泥中的吸附动力学曲线测定如图 3.10 所示。在 pH 为 7 时，以Fe/P=0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 的投加比例分别进行吸附动力学实验。其中图（A）伪一级动力学拟合的结果，（B）伪二级动力学拟合的结果

       按照上述的动力学方程的线性形式对所测得数据进行线性拟合，得到相关动力学参数见表 3.1。

        由表 3.1 可知，两种动力学方程在不同 Fe / P 比例下拟合的结果差距较大，伪二级动力学方程对比伪一级动力学方程的拟合的结果更好，相关系数R2更接近1，且计算得到的 qe,cal 值更接近实测得的 qe,exp 值，相对误差较小，更适合描述富铁污泥对溶液中磷的吸附动力学行为。伪一级动力学模型主要适用的是物理吸附过程，即液膜扩散过程中产生的吸附。而伪二级动力学模型则包括了吸附中更多的过程，如液膜扩散过程、表面吸附行为和颗粒扩散过程等。这也进一步说明富铁污泥对混合液中磷的吸附行为不仅仅是扩散、表面吸附作用，还是一个伴随内部化学反应的过程。

3.3.9 吸附等温线研究

        吸附等温线是吸附过程设计的重要理论依据之一。它可以被用来描述吸附剂和吸附质之间的平衡关系、亲和力以及吸附剂的吸附能力和表面特性。图 3.11 为富铁污泥对溶液中磷的吸附等温线，由图 3.11 可见，在不同 pH 值下，各曲线表现出递增的变化趋势。在平衡浓度较低时，qe 值增大的较快；平衡浓度较高时，qe 值缓慢增大。

        利用线性形式的 Langmuir（式 3.5）及 Freundlich（式 3.6）吸附等温线对图 3.11   


        式中：Ce 为平衡质量浓度（mg/L）；q0 为理论上单位质量富铁污泥对混合液中磷的最大吸附量（mg/g）；b 为吸附反应焓有关的常数（L/mg）；Kf表示平衡吸附系数，用来衡量吸附量的相对大小情况；n 表示反应特征常数，用来衡量吸附剂表面的不均匀性和吸附强度的相对大小。

        从表 3.2 中的相关系数（R2）看出，在不同 pH 值条件下，磷在富铁污泥的吸附过程较好地符合 Langmuir 方程，为单分子层吸附。同时，各 pH 条件下最大吸附量 q0 (mg/g)发生较大变化，当 pH 值为 7.5 和 8.5 时，q0 值较大，依次为 2.38、2.53 mg/g，即可以得出 pH 值为 7.0-8.5 区间内具有更好的吸附效果。

Freundlich 方程拟合效果虽然相对较差，但仍具有一定的参考意义。一般理论认为，拟合后的 1/n 数值在 0.1-1.0 之间时表示吸附行为较容易进行，当 1/n 数值大 于 2 时，该吸附行为难以进行或非常缓慢。本实验中的你和后的 1/n 数值均介于0.1-0.5 之间，显示出该铁盐生成的富铁污泥对溶液中溶解性磷酸盐具有较好的吸附性能。

3.4 本章小结

    （1）在 A/O-MBR 反应器中以乙酸钠为培养基质，反应器对 COD、NH4+-N、PO43--P 的去除达到稳定分别所用时间为 15 d、8 d、11 d。反应器稳定运行后，对COD、NH4+-N 均可处理达标（GB18918-2002 的一级 A 标准）排放，但对 PO43--P的处理则无法达到标准。

    （2）通过分析反应器出水三维荧光光谱可知，反应器运行稳定后出水中只含有一定量的腐殖酸类物质，可以对有机物具有较好的去除效果；通过镜检反应器活性污泥内的原生动物间接指示反应器的运行状态，当吸管虫、轮虫等原生动物出现在活性污泥系统中标志着该膜生物反应器启动成功，进入稳定期；利用扫描电镜客观的记录了膜组件在反应器启动至稳定运行膜污染逐步加剧的变化；膜表面切片的死活细菌分布表示活细菌主要分布在滤饼层表面，而死细菌则多分布于滤饼层内部。

     （3）Fe/P（mol/mol）比例分别为 0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 时，富铁污泥对磷 的吸附量随着吸附时间的延长而逐渐增加，前 10 min 吸附量增长迅速，在 10-40min 时吸附量的增速逐渐变缓，40 min 之后吸附渐渐达到吸附平衡。其吸附动力学参数经过拟合后皆更符合伪二级动力学方程。 

     （4）不同 pH 值条件下的富铁污泥的吸附等温线表明，该吸附行为更符合Langmuir 吸附等温线方程，最大吸附量 q0 随 pH 值不同发生较大变化，当 pH 值为7.0 和 8.5 时，q0 值较大，依次为 2.38、2.53 mg/g，pH 值对富铁污泥吸附磷的影响显著，最佳 pH 值范围为 7.0-8.5。