概述高盐废水MBR水处理工艺
膜生物反应器(membrane bioreactor, MBR)是一种由膜技术代替传统活性污泥处理法中的沉降环节从而完成固液分离的新型高效废水处理工艺。同时具有出水水质好、污泥产量低、运行维护简单和占地面积小等不同于传统处理系统的特性。高效降解分离的特点使得MBR 在得到越来越多研究者青睐的同时MBR 系统普遍存在的能耗高、膜易堵塞且使用寿命短等缺点却极大的影响并制约了其在实际废水处理中的进一步推广和应用。追本溯源,进水中的污染成分及其与膜接触时发生了一系列物化作用,随系统的运行,膜渗透通量逐渐下降且过膜压力提高,膜污染由此形成。
在诸多影响膜污染的因素中,由微生物细胞和微生物代谢产物构成的污泥混合液的性质对膜污染的形成有很大关系 。诸多研究表明,在MBR 处理废水的过程中,微生物降解基质和内源呼吸过程中产生的溶解性微生物产物(soluble microbial product, SMP)会被膜截留且逐渐积累,因此,对以SMP 为代表的微生物产物的特性解析成为研究膜污染问题的重中之重。
盐度高于1% 的废水被定义为含盐废水,含盐废水的处理通常分为物理化学法及生物法,相较于前者,生物法更经济有效。随着MBR 工艺的迅速发展,除了将其应用于处理市政废水,也被用来处理高盐废水。研究表明 ,盐度在0. 9 ~ 1. 3 g·L - 1 之间的废水经膜处理后化学需氧量(COD)可被去除90% ,氨氮的去除率则达到95% 。然而,高盐废水可能会抑制微生物活性并改变其表面电荷、疏水性、滤过性和絮凝性等,进而影响活性污泥的理化性质 。PENDASHTEH 等[18] 发现,在水力停留时间(HRT)为48 h 总可溶颗粒物(TDS)为35. 0 g·L - 1 时,序批式膜生物反应器对COD 负荷量为1.12 kg COD·(m3 ·d) - 1 的高盐废水的COD 去除率为86. 2% 。目前,诸多研究都对MBR 处理含盐废水的情况做了较为有意义的阐述,但对MBR 处理高盐废水造成的膜污染及污染物特性的解析等问题的探讨仍显不足。
本实验将生物接触氧化法(biological contact oxidation reactor, BCOR)与MBR 结合,并设置对照组,利用生物接触氧化池内填料比表面积较大特点,使微生物尽量多的附着在填料表面,形成生物膜,在有氧条件下,污水与填料表面的微生物充分接触,而生物膜内层供氧不足甚至处于厌氧状态,这样在生物膜中形成了由厌氧菌、兼性菌和好氧菌构成的生物群落,丰富的微生物群落可以进行较完整的硝化反硝化作用,能够弥补好氧体系脱氮除磷不完全的缺陷。三维荧光光谱(three-dimensional excitation emission matrix fluorescencespectroscopy, 3DEEM)技术在特定波长下的激发光照射分子可以发出特征发射光,获取激发波长(λex )和发射波长(λem ) 同时变化时的荧光强度信息,并能够识别和表征复杂有机物的物质组成与特征 ,本实验将BCOR 与MBR 两工艺耦合处理含盐废水,与BCOR 联合的MBR 中污泥混合液的SMP 特性必然会发生变化,SMP 特性的变化会引起MBR 膜污染情况的变化,利用三维荧光光谱对MBR 上清液SMP 及出水的特性进行表征,从而研究在处理不同盐度污水过程中与BCOR 联合的MBR 内微生物产物特性,解析BCOR 与MBR 联合系统膜污染变化的原因,为膜污染控制提供新思路。
1材料与方法
1.1实验装置及运行参数
实验装置如图1 所示,以两套结构组成、大小及运行条件完全相同的一体式MBR(分别记为MBR-1与MBR-2)为含盐废水处理的主体工艺。一套为不与BCOR 工艺相连的传统MBR-1,作为对照系统;一套为BCOR 与MBR-2 联合的BCOR-MBR 反应器。两个MBR 有效容积均为11 L,内置大小为30 cm ×25 cm × 5 cm 的膜组件,膜孔径为0. 03 μm,膜面积为0. 2 m2 。
活性污泥来自威海市第三污水处理厂的二沉池回流污泥,所用废水为模拟含盐废水,通过添加海水调整含盐量为0、3、9、18 和30 g·L - 1 ,主要成分为可溶性淀粉、NH4 Cl、KH2 PO4 、K2 HPO4 以及NaHCO3 。反应器都在常温条件下运行,pH 值为6. 5 ~ 7. 5,污泥停留时间(SRT)保持在220 d 左右,水力停留时间(HRT)设置在8 h。各个反应器底部设2 组微孔曝气器,在运行期间进行连续曝气。膜生物反应器中液面由液位继电器保持恒定,其内污泥混合液在蠕动泵的抽吸作用下经膜过滤出水,蠕动泵由时间继电器控制并采用8 min 开、2 min 停的间歇运行方式。通过真空压力表反映膜组件污染情况,当膜过滤压差达到30 KPa 时,将膜组件取出清洗。
1. 2SMP 的提取方法
在调整盐度变化的过程中,每阶段的运行时间约为10 d,每天分别从MBR-1 与MBR-2 的膜生物反应器中各取50 mL 污泥混合液,在4 000 r·min - 1 的条件下离心5 min,取上清液经0. 45 μm 的滤膜过滤,所得即为两系统的溶解性微生物产物(SMP)。
1. 3三维荧光光谱分析
三维荧光光谱能够获得激发波长和发射波长同时变化时的荧光强度信息,在光谱图中,不同的溶解性有机质具有不同的荧光基团,并且荧光峰的位置和强度也不尽相同。本实验采用F-2700 型荧光光谱仪(日本日立公司)对提取的SMP 进行三维荧光扫描,激发光波长范围为220 ~ 450 nm(步长10 nm),发射光为220 ~ 600 nm(步长10 nm),激发和发射狭缝宽度为5 nm。所得结果利用Orign 软件进行数据分析,所有的三维荧光光谱分析都重复测量3 次。
2结果与讨论
2. 1不同盐度下MBR-1 上清液SMP 与出水的3DEEM
通过观察发现,BCOR-MBR 工艺的过膜压力上升速率为0. 767 6 kPa·d - 1 ,低于对照组(0. 872 8kPa·d - 1 )。BCOR-MBR 组合工艺的出水TOC 浓度均低于对照MBR,组合工艺与对照组的TOC 平均去除率为分别为92. 69% 、88. 72% 。
不同盐度下MBR-1 中上清液SMP 与出水的三维荧光光谱图如图2 中所示。各组光谱图形状相似,均含3 个主要特征峰,各个特征峰的主要位置列于表1。结合前人对三维荧光光谱图五个区域的总结 ,其中,A 峰与C 峰中心位置(λex / λem ) 均位于250 ~ 380 /380 ~ 540 nm,属于类腐殖酸物质。B 峰中心位置(λex / λem )位于250 ~ 335 /280 ~ 380 nm,属于类溶解性微生物副产物,为色氨酸类物质。作为对照组的MBR-1 系统在盐度逐渐升高的过程中,3 个荧光峰强度与位置均发生不同程度的改变。其中,代表类腐殖酸类物质的A 峰与C 峰先随着盐度的提高荧光强度显著增强,在盐度为9 ~ 18 g·L - 1 范围内,两峰强度达到最大,后随着盐度继续提高而变弱。代表色氨酸类物质的B 峰在盐度为18 ~ 30g·L - 1 之间荧光强度最大,且发生蓝移。在以后的时间里我们将不断发布最新的和的行业资讯，相信里面一定会有您需要的内容。如您有任何疑问欢迎您前来了解。