共代謝膜生物反應(yīng)器法處理二甲基亞砜廢水

耿長(zhǎng)君，蒲文晶，劉 巍，苗 磊，王宏偉，張曉東

（1. 中國(guó)石油 吉林石化公司研究院，吉林 吉林 132021；2. 吉林燃料乙醇有限責(zé)任公司，吉林 吉林 132101）

某企業(yè)排放的生產(chǎn)廢水中主要特征污染物為二甲基亞砜（DM SO），廢水的可生化性較差（BOD5/COD=0.02），用常規(guī)生物法難以直接處理。DMSO廢水的處理方法主要有化學(xué)氧化法和生化法。化學(xué)氧化法處理成本較高［1-2］。生化法中，高效菌在厭氧條件下降解DMSO的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的含硫揮發(fā)物，造成二次污染；在好氧條件下降解DMSO存在降解時(shí)間長(zhǎng)、去除率低等問(wèn)題［3-4］；利用共代謝在好氧條件下降解DMSO，在添加蔗糖作為共代謝基質(zhì)的情況下，質(zhì)量濃度為400～500 mg/L的DMSO在10～12 h內(nèi)可完全降解［5］。微生物共代謝降解DMSO的機(jī)理是共代謝基質(zhì)消耗過(guò)程中產(chǎn)生非專一性的加氧酶，使DMSO分解后被微生物作為二級(jí)基質(zhì)降解［6-8］。

膜生物反應(yīng)器（MBR）具有泥水分離效果好且穩(wěn)定、水力停留時(shí)間（HRT）和固體停留時(shí)間（SRT）可完全分離、廢水處理效果好、工藝流程簡(jiǎn)單、裝置占地面積小、控制易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、出水可回用等優(yōu)點(diǎn)，尤其是一體式MBR工藝實(shí)現(xiàn)了有機(jī)物降解和固液分離的一體化操作，同時(shí)可省去初沉池［9-10］。

本工作采用共代謝與一體式好氧MBR相結(jié)合的工藝，對(duì)DMSO廢水進(jìn)行連續(xù)模試處理?？疾炝搜b置的污泥馴化效果、DMSO去除率、污泥特性、HRT和沖擊負(fù)荷對(duì)DMSO去除率的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 廢水水質(zhì)及試劑

廢水取自某廠生產(chǎn)廢水提升池。廢水水質(zhì)波動(dòng)較大，ρ（DM SO）=112～3 069 m g/L，COD=57～358 mg/L， pH=5.6～8.5。活性污泥取自某石化公司污水處理廠生化曝氣池。磷酸銨：分析純；碳酸氫鈉、蔗糖：工業(yè)級(jí)。

1.2 裝置及運(yùn)行參數(shù)

試驗(yàn)裝置為模試規(guī)模，處理廢水流量5～10 L/h。高位槽φ300 mm×850 mm，聚氯乙烯；調(diào)節(jié)池745 mm×745 mm×850 mm，聚氯乙烯；MBR外殼φ400 mm×1 080 mm，不銹鋼；膜組件350 mm×350 mm，3片，聚偏氟乙烯+特種納米材料。

M BR的主要運(yùn)行參數(shù)：HRT=12～24 h，MLSS=5～6 g/L，pH=5.5～6.5，DO=2～4 mg/L，溫度15～35 ℃。

1.3 試驗(yàn)方法

采用共代謝好氧M BR工藝，共代謝基質(zhì)為蔗糖。

將提升池中的廢水連續(xù)打入高位槽，再定量連續(xù)打入調(diào)節(jié)池，同時(shí)將磷酸銨和碳酸氫鈉定量連續(xù)加入調(diào)節(jié)池，廢水與藥劑在調(diào)節(jié)池內(nèi)通過(guò)空氣曝氣充分混合后，從下部打入MBR，同時(shí)將蔗糖定量加入M BR，經(jīng)M BR處理的廢水通過(guò)膜組件，由磁力泵從MBR上部排出，測(cè)定ρ（DMSO），M LSS，MLVSS。不定期由MBR底部排泥口排出多余的污泥，磁力泵的運(yùn)行方式為運(yùn)行8 m in， 停止2 m in。

試驗(yàn)分為馴化期和正式期兩個(gè)階段。馴化期：第1天～第30天，HRT=24 h；正式期：第1天～第86天，HRT＝24 h，第87天～第101天，HRT=16 h，第102天～第125天，HRT＝12 h。

1.4 分析方法

采用美國(guó)安捷倫公司的HP5890型氣相色譜儀測(cè)定DMSO 的質(zhì)量濃度，檢出限6 mg/L；采用日本奧林巴斯公司的CX 41型顯微鏡觀測(cè)污泥的生物相。

2 結(jié)果與討論

2.1 馴化期的DMSO去除率

馴化期的DMSO去除率見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)：隨馴化時(shí)間的延長(zhǎng)，DMSO的去除率總體呈上升趨勢(shì)；馴化第29天，DMSO去除率達(dá)98.5%，表明裝置運(yùn)行29 d時(shí)MBR內(nèi)的污泥已馴化成功。

圖1 馴化期的DMSO去除率

馴化29 d時(shí)，顯微鏡觀察到活性污泥中存在變形蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)、足吸管蟲(chóng)、楯纖蟲(chóng)、轉(zhuǎn)輪蟲(chóng)和線蟲(chóng)等微生物。

2.2 正式期的DMSO去除率

正式期的DMSO去除率見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)：正式期第1天～第54天，由于裝置為持續(xù)高負(fù)荷DMSO進(jìn)水，開(kāi)始時(shí)降解DMSO的微生物數(shù)量不足，DMSO去除率較低，隨著微生物數(shù)量的不斷增加，DMSO去除率也逐漸升高；正式期第55天～第110天，MBR進(jìn)水的DMSO負(fù)荷基本正常，且降解DMSO的微生物數(shù)量積累的足夠多，故DMSO去除率維持在一個(gè)較高的水平，期間有數(shù)次DMSO去除率明顯下降，是因?yàn)檠b置運(yùn)行過(guò)程中堿的加入量不足使MBR發(fā)生了內(nèi)酸化的現(xiàn)象，進(jìn)而抑制了微生物對(duì)DMSO的降解，消除MBR內(nèi)酸化后，DMSO去除率很快恢復(fù)正常，說(shuō)明MBR對(duì)短期酸化沖擊的修復(fù)作用明顯；裝置在正式期第55天～第110天運(yùn)行時(shí)，去除這期間MBR內(nèi)造成的異常數(shù)據(jù)，裝置進(jìn)水ρ（DMSO）=257～1 448 mg/L（平均值為718 mg/L），出水ρ（DMSO）=6～22 mg/L（平均值為7 mg/L），DMSO去除率為96.4%～99.6%（平均值為98.9%）；正式期第111天～第125天，由于氣溫降低造成MBR內(nèi)溫度降低，致使微生物的活性降低，DMSO去除率降低。

2.3 污泥的性能

在模試運(yùn)行期間，正式期的第53天將MBR內(nèi)的泥水混合液排出21 L， 第75天和第83天各排出10 L，其他時(shí)間處于不排泥狀態(tài)，MBR內(nèi)的污泥性能見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，在整個(gè)MBR運(yùn)行的正式期，污泥體積指數(shù)（SVI）小于100 m L/g，表明污泥的沉降性能較好［11］；MLVSS/MLSS較高，表明污泥的活性高；隨HRT的縮短，MLVSS增加，這是因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)去除的有機(jī)物的量有所提高。MBR內(nèi)MLSS的平均值為5.52 g/L，MLVSS的平均值為4.78 g/L。

圖2 正式期的DMSO去除率

表1 正式期MBR內(nèi)的污泥性能

M LVSS和M LVSS/M LSS隨運(yùn)行時(shí)間的變化見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)： 在馴化期內(nèi)， 由于廢水中的DMSO對(duì)菌種有抑制作用，MLVSS逐漸減??；隨著活性污泥對(duì)廢水的逐漸適應(yīng)，在正式期內(nèi)M LVSS隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大；M LVSS/M LSS也是經(jīng)過(guò)馴化期的短暫降低后，在正式期隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大，運(yùn)行到第110天時(shí)（包括30 d馴化期）基本穩(wěn)定在0.89，說(shuō)明污泥活性較高。

圖3 MLVSS和MLVSS/MLSS隨運(yùn)行時(shí)間的變化

2.4 HRT對(duì)DMSO去除效果的影響

在MBR運(yùn)行的正式期，HRT對(duì)DMSO去除效果的影響見(jiàn)表2。

表2 HRT對(duì)DMSO去除效果的影響

由表2可見(jiàn)，當(dāng)HRT為24，16，12 h時(shí)，DM SO的平均去除率均達(dá)到98.6%以上，說(shuō)明HRT≥12 h時(shí)DMSO即可在MBR內(nèi)被很好地降解去除。綜合考慮，采用HRT為12 h較適宜。

2.5 DMSO高負(fù)荷狀態(tài)下的DMSO去除效果

在正式期的第11天～第54天，持續(xù)的進(jìn)水DM SO高負(fù)荷對(duì)模試裝置的運(yùn)行形成沖擊，當(dāng)DM SO處于高負(fù)荷狀態(tài)時(shí)DM SO的去除效果見(jiàn)表3。

表3 DMSO處于高負(fù)荷狀態(tài)時(shí)DMSO的去除效果

由表3可見(jiàn)：DM SO處于高負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，DMSO去除率較低；在持續(xù)DMSO高負(fù)荷時(shí)，隨蔗糖加入量的增加，DMSO去除率逐漸增加，最終恢復(fù)到DMSO處于高負(fù)荷沖擊前時(shí)DMSO的去除效果。這是因?yàn)?，蔗糖加入量增大可以產(chǎn)生更多的降解DMSO的微生物，且MBR可將產(chǎn)生的微生物截留，從而保證有足夠多的微生物用于去除DMSO。

3 結(jié)論

a）采用蔗糖作為共代謝基質(zhì)與一體式好氧MBR工藝相結(jié)合處理DMSO廢水，馴化第29天，DMSO去除率達(dá)98.5%，表明MBR內(nèi)的污泥已馴化成功。

b） 在MBR運(yùn)行的正式期，當(dāng)DMSO處于高負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，DMSO去除率較低；隨蔗糖加入量的增加，DMSO去除率逐漸增加，最終恢復(fù)到DMSO處于高負(fù)荷沖擊前時(shí)DMSO的去除效果；正常運(yùn)行時(shí)，裝置進(jìn)水ρ（DMSO）=257～1 448 mg/L（平均值為718 mg/L），出水ρ（DMSO）=6～22 mg/L（平均值為7 mg/L），DMSO去除率為96.4%～99.6%（平均值為98.9%）。

c） 在MBR運(yùn)行的正式期，SVI小于100，表明污泥的沉降性能較好；M LVSS/MLSS較高，表明污泥的活性高；MBR內(nèi)MLSS的平均值為5.52 g/L，MLVSS的平均值為4.78 g/L。

d） MBR適宜的HRT為12 h。

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