膜生物反應(yīng)器(membrane bioreactor,MBR)是一種由膜技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥處理法中的沉降環(huán)節(jié)從而完成固液分離的新型高效廢水處理工藝。同時具有出水水質(zhì)好、污泥產(chǎn)量低、運行維護簡單和占地面積小等不同于傳統(tǒng)處理系統(tǒng)的特性。
高效降解分離的特點使得MBR在得到越來越多研究者青睞的同時MBR系統(tǒng)普遍存在的能耗高、膜易堵塞且使用壽命短等缺點卻極大的影響并制約了其在實際廢水處理中的進一步推廣和應(yīng)用。追本溯源,進水中的污染成分及其與膜接觸時發(fā)生了一系列物化作用,隨系統(tǒng)的運行,膜滲透通量逐漸下降且過膜壓力提高,膜污染由此形成。
在諸多影響膜污染的因素中,由微生物細胞和微生物代謝產(chǎn)物構(gòu)成的污泥混合液的性質(zhì)對膜污染的形成有很大關(guān)系。諸多研究表明,在MBR處理廢水的過程中,微生物降解基質(zhì)和內(nèi)源呼吸過程中產(chǎn)生的溶解性微生物產(chǎn)物(solublemicrobialproduct,SMP)會被膜截留且逐漸積累,因此,對以SMP為代表的微生物產(chǎn)物的特性解析成為研究膜污染問題的重中之重。
鹽度高于1%的廢水被定義為含鹽廢水,含鹽廢水的處理通常分為物理化學(xué)法及生物法,相較于前者,生物法更經(jīng)濟有效。隨著MBR工藝的迅速發(fā)展,除了將其應(yīng)用于處理市政廢水,也被用來處理高鹽廢水。研究表明,鹽度在0.9~1.3g˙L-1之間的廢水經(jīng)膜處理后化學(xué)需氧量(COD)可被去除90%,氨氮的去除率則達到95%。
然而,高鹽廢水可能會抑制微生物活性并改變其表面電荷、疏水性、濾過性和絮凝性等,進而影響活性污泥的理化性質(zhì)。PENDASHTEH等[18]發(fā)現(xiàn),在水力停留時間(HRT)為48h總可溶顆粒物(TDS)為35.0g˙L-1時,序批式膜生物反應(yīng)器對COD負荷量為1.12kgCOD˙(m3˙d)-1的高鹽廢水的COD去除率為86.2%。
目前,諸多研究都對MBR處理含鹽廢水的情況做了較為有意義的闡述,但對MBR處理高鹽廢水造成的膜污染及污染物特性的解析等問題的探討仍顯不足。
本實驗將生物接觸氧化法(biologicalcontactoxidationreactor,BCOR)與MBR結(jié)合,并設(shè)置對照組,利用生物接觸氧化池內(nèi)填料比表面積較大特點,使微生物盡量多的附著在填料表面,形成生物膜,在有氧條件下,污水與填料表面的微生物充分接觸,而生物膜內(nèi)層供氧不足甚至處于厭氧狀態(tài),這樣在生物膜中形成了由厭氧菌、兼性菌和好氧菌構(gòu)成的生物群落,豐富的微生物群落可以進行較完整的硝化反硝化作用,能夠彌補好氧體系脫氮除磷不完全的缺陷。
三維熒光光譜(three-dimensionalexcitationemissionmatrixfluorescencespectroscopy,3DEEM)技術(shù)在特定波長下的激發(fā)光照射分子可以發(fā)出特征發(fā)射光,獲取激發(fā)波長(λex)和發(fā)射波長(λem)同時變化時的熒光強度信息,并能夠識別和表征復(fù)雜有機物的物質(zhì)組成與特征,本實驗將BCOR與MBR兩工藝耦合處理含鹽廢水,與BCOR聯(lián)合的MBR中污泥混合液的SMP特性必然會發(fā)生變化,SMP特性的變化會引起MBR膜污染情況的變化,利用三維熒光光譜對MBR上清液SMP及出水的特性進行表征,從而研究在處理不同鹽度污水過程中與BCOR聯(lián)合的MBR內(nèi)微生物產(chǎn)物特性,解析BCOR與MBR聯(lián)合系統(tǒng)膜污染變化的原因,為膜污染控制提供新思路。
1材料與方法
1.1實驗裝置及運行參數(shù)
實驗裝置如圖1所示,以兩套結(jié)構(gòu)組成、大小及運行條件完全相同的一體式MBR(分別記為MBR-1與MBR-2)為含鹽廢水處理的主體工藝。一套為不與BCOR工藝相連的傳統(tǒng)MBR-1,作為對照系統(tǒng);一套為BCOR與MBR-2聯(lián)合的BCOR-MBR反應(yīng)器。兩個MBR有效容積均為11L,內(nèi)置大小為30cm×25cm×5cm的膜組件,膜孔徑為0.03μm,膜面積為0.2m2。
實驗所用活性污泥來自威海市第三污水處理廠的二沉池回流污泥,所用廢水為模擬含鹽廢水,通過添加海水調(diào)整含鹽量為0、3、9、18和30g˙L-1,主要成分為可溶性淀粉、NH4Cl、KH2PO4、K2HPO4以及NaHCO3。反應(yīng)器都在常溫條件下運行,pH值為6.5~7.5,污泥停留時間(SRT)保持在220d左右,水力停留時間(HRT)設(shè)置在8h。
各個反應(yīng)器底部設(shè)2組微孔曝氣器,在運行期間進行連續(xù)曝氣。膜生物反應(yīng)器中液面由液位繼電器保持恒定,其內(nèi)污泥混合液在蠕動泵的抽吸作用下經(jīng)膜過濾出水,蠕動泵由時間繼電器控制并采用8min開、2min停的間歇運行方式。通過真空壓力表反映膜組件污染情況,當(dāng)膜過濾壓差達到30KPa時,將膜組件取出清洗。
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