剩余污泥是污水處理過程的副產物，其成分復雜，既包括致癌致畸致基因突變的難降解有機污染物、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的研究方向主要有兩種，一是填料優化，二是開發生物膜組合工藝或者研發新的反應器。

蜂窩式固定床生物反應器（ISBS）是課題組前期以污泥減量為目標設計的，其能實現微生物高濃度負載，微生物分區段排布：將高濃度的、可自我調節的、具有協同功效的菌群按污水流進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。這種設計不會造成菌種快速漲落而出現污泥膨脹現象，污泥產生量也大大降低。前期試驗結果顯示，在工藝運行的55 d內，ISBS生物反應器每處理1萬t廢水，產生0.36 t剩余污泥（濕污泥）。

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

1材料與方法

1.1系統裝置與運行

如圖1所示，ISBS生物反應器是由多階段工藝技術單元、系統和設備構成的綜合體系，反應器的尺寸為10.5 m×3.2 m×2.4 m，總容積為80 m3，反應器主體結構材質選擇的是環氧涂層鋼（RST37-2），功能區設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生物反應器由6個區域組成，每個區域都填充多層惰性載體，它屬于連續流生物反應器，配備固定生物質和特定空氣擴散系統，攪拌效果良好。試驗填料采用三維特有編織結構的聚酰胺生物載體，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

每日監測水質指標，從系統的進水口和出水口分別采樣，在實驗室進行水質分析。系統穩定運行時期，每隔3 d進行一次生物膜特征和細菌種群分析。以ISBS生物反應器前端與后端作為比較對象，分別從2區與5區設置的采樣載體中剪取50 g左右的生物膜，用200 mL蒸餾水對其反復沖刷，收集沖刷液，取兩滴于載玻片上并立即進行鏡檢。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。

按照標準方法測定混合液懸浮物（MLSS）、硝態氮（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各種酶催化作用下的生物氧化反應，脫氫酶尤為關鍵。脫氫酶活性既可以表征廢水中有機物降解活性的強弱，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胞與胞外聚合物（EPS）組成。胞外聚合物由細胞產物、分解產物、從污泥中吸附的有機物質等組成，其主要成分為蛋白質和多糖，與污泥源頭息息相關。COLLIVIGNARELLI等首次確定污泥產量與胞外聚合物的組分相關，后續研究提出多糖在EPS中的比例可以說明生物膜附著性能，蛋白質中的胞外酶是促進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結構組成因微生物不同而各異，按聚合物與微生物細胞的結合程度，可將污泥EPS分為黏液層（S-EPS）、松散結合的胞外聚合物（LB-EPS）和緊密結合的胞外聚合物（TB-EPS），提取方法是根據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濾膜進行過濾，然后放置在3 500 Da透析袋內，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含量之和粗略估算。蛋白質的測定采用改進型勞里法（Lowry），以牛血清蛋白作為標準物質。多糖測定采用苯酚-硫酸法，以葡萄糖作為標準物質。