MBBR對制藥廢水中SMP的去除研究

摘 要：SMP是廢水深度處理的主要污染物質(zhì)，直接影響到廢水處理效率以及出水水質(zhì)。本試驗(yàn)以某制藥廢水的二級生化出水為研究對象，通過對MBBR進(jìn)出水中SMP的濃度變化，研究了MBBR對制藥廢水中SMP的處理效果，并對能夠影響到制藥廢水中SMP去除效果的溫度t、pH值以及溶解氧Do進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：SMP；MBBR；溫度；pH；溶解氧

SMP，溶解性微生物產(chǎn)物，是廢水生化處理過程中溶解性有機(jī)物（DOM）的主要成分，由多糖、蛋白質(zhì)、腐植酸以及富里酸的物質(zhì)復(fù)合而成，是廢水深度處理的主要污染物質(zhì)，直接影響到廢水處理效率以及出水水質(zhì)。從生物學(xué)的角度來講，SMP是由微生物通過從外源底物獲得電子或碳源，經(jīng)新陳代謝而最終形成的微生物聚合體，具有成分復(fù)雜、分子量分布范圍廣、可生化性差以及重金屬螯合性性強(qiáng)等顯著特點(diǎn)；從組成成分的角度來講，Namkung等將該類物質(zhì)劃分為與基質(zhì)利用相關(guān)型產(chǎn)物（英文簡稱UAP）、與生物生長相關(guān)型產(chǎn)物（英文簡稱BAP）兩類，具體SMP的形成過程，如圖1所示。

MBBR，移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，是一種新型復(fù)合生物膜反應(yīng)器，最初由挪威Kaldnes Mijecpteknogi公司與SINTEF研究機(jī)構(gòu)于1988年聯(lián)合開發(fā)而成[1]，其基本原理是向MBBR反應(yīng)器中投加比重接近于水的懸浮填料，并人工創(chuàng)造出有利于好氧、厭氧以及兼性微生物生長的溫度、pH、溶解氧以及無機(jī)營養(yǎng)，并配以適宜的水力停留時(shí)間，利用附著有大量生物膜的懸浮填料在混合液內(nèi)的自由移動(dòng)，使得生物膜與污水的有效接觸，經(jīng)過吸附、氧化多重作用，最終實(shí)現(xiàn)對污水的凈化處理[2]。MBBR在繼承了傳統(tǒng)生物膜反應(yīng)器耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)、污泥齡長以及剩余污泥量少等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)；兼具有傳統(tǒng)活性污泥法處理效果的高效性、運(yùn)行模式的靈活性等特點(diǎn)；此外，MBBR還克服了固定床生物膜反應(yīng)器在技術(shù)問題上存在的需定期進(jìn)行沖洗、反沖洗以及更換曝氣器的弊端，在生活污水、工業(yè)廢水以及垃圾滲濾液治理方面均取得了較好的處理效果。

國內(nèi)外有關(guān)傳統(tǒng)污泥法以及膜生物反應(yīng)器應(yīng)用于廢水中SMP的治理研究較多[3]，而將MBBR應(yīng)用于對廢水中SMP的治理研究卻較少，尤其是將MBBR應(yīng)用于對制藥廢水中SMP的治理研究更有是少之又少。為了了解制藥廢水中SMP的相關(guān)特性以及MBBR對藥廢水中SMP的處理效果，本試驗(yàn)確定以某制藥廢水的二級生化出水為研究對象，通過對MBBR進(jìn)出水中SMP的濃度變化（以蛋白質(zhì)與多糖的濃度和進(jìn)行表征[4，5]）的考察，來研究MBBR對制藥廢水中SMP的處理效果，并對MBBR最佳運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了探討，以期為MBBR處理制藥廢水中SMP的優(yōu)化運(yùn)行提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)裝置材質(zhì)為有機(jī)玻璃，呈圓柱體結(jié)構(gòu)：直徑D為15cm，高度H為75cm，有效容積約10L。該裝置配有取樣口兩個(gè)，進(jìn)水口、出水口各一個(gè)，采取蠕動(dòng)泵加壓及調(diào)頻供水，出水采取溢流泄水的方式。本試驗(yàn)裝置實(shí)物圖與結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖2、圖3所示。

1.2 檢測方法

本試驗(yàn)所采用的水質(zhì)檢測方法均參照《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對SMP去除效果的影響

如圖4所示，為了考察溫度t對MBBR去除制藥廢水中SMP的影響，本試驗(yàn)的開展劃分為四個(gè)階段進(jìn)行：在試驗(yàn)開始的前10天，即試驗(yàn)的調(diào)整期，MBBR對于制藥廢水中SMP的去除率在10～30%范圍內(nèi)，SMP的去除效果波動(dòng)較大，這是由在調(diào)整期，MBBR中僅有較少的微生物量，微生物細(xì)胞數(shù)目不增加或增加速度非常緩慢，同時(shí)在該階段微生物對外界條件的突然變化非常敏感等原因造成的；在試驗(yàn)的10～20天，通過水浴裝置將試驗(yàn)反應(yīng)溫度控制在了10～20℃范圍內(nèi)，MBBR對于制藥廢水中SMP的去除率為20～25%，SMP的去除效果較差，這是因?yàn)檩^低的制藥廢水溫度限制了微生物細(xì)胞內(nèi)代謝酶的活性，微生物的生化反應(yīng)速率降低，不利于SMP的降解；在試驗(yàn)的20～30天，水浴溫度上升到20～30℃范圍內(nèi)，微生物細(xì)胞內(nèi)酶的活性提高，細(xì)胞膜的流動(dòng)性加大，微生物代謝旺盛，有利于對SMP的吸收降解，MBBR對于制藥廢水中SMP的去除效果有了較大的提高，SMP的去除率達(dá)到了60～65%；在試驗(yàn)的30～40天，水浴溫度繼續(xù)上升到了30～40℃范圍內(nèi)，微生物細(xì)胞內(nèi)的重要組成物質(zhì)（蛋白質(zhì)、核酸等）發(fā)生了不可逆性的破壞，制藥廢水溫度超過了微生物的最適溫度，導(dǎo)致了微生物的裂解以及內(nèi)源呼吸速率的加大，MBBR對于制藥廢水中SMP的去除效果明顯下降，SMP的去除率僅為25～30%；綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)MBBR對于制藥廢水中SMP的有效去除，建議將制藥廢水溫度控制在20～30℃范圍內(nèi)。

2.2 pH值對SMP去除效果的影響

如圖5所示，為了考察pH值對MBBR去除制藥廢水中SMP的影響，本試驗(yàn)的開展劃分為四個(gè)階段進(jìn)行：在試驗(yàn)開始的前10天，即試驗(yàn)的調(diào)整期，MBBR對于制藥廢水中SMP的率在15～30%范圍內(nèi)，SMP的去除效果波動(dòng)較大，這是因?yàn)镸BBR中微生物需要對制藥廢水的水環(huán)境有一個(gè)適應(yīng)期；在試驗(yàn)的10～20天，通過緩沖溶液將制藥廢水的pH值控制在了4～6范圍內(nèi)，MBBR對于制藥廢水中SMP的去除率約為20～40%，SMP的去除效果較差，這是因?yàn)檩^低的制藥廢水pH值，一方面限制了微生物細(xì)胞內(nèi)代謝酶的活性以及細(xì)胞膜的滲透性，從微生物代謝方面限制了MBBR對制藥廢水中SMP的去除，另一方面，較低的pH值限制了MBBR中菌膠團(tuán)的生長，原生動(dòng)物大部分消失，而絲狀菌等真菌類微生物大量繁殖，嚴(yán)重影響了MBBR的泥水分離以及出水水質(zhì)[6]；在試驗(yàn)的20～30天，通過緩沖溶液將pH值調(diào)整到6～8范圍內(nèi)，微生物細(xì)胞內(nèi)酶的活性提高，細(xì)胞膜的滲透性加大，微生物代謝旺盛，有利于對SMP的吸收降解，MBBR對于制藥廢水中SMP的去除效果有了較大的提高，SMP的去除率達(dá)到了65～70%；在試驗(yàn)的30～40天，繼續(xù)調(diào)整制藥廢水pH值到8～10范圍內(nèi)，制藥廢水pH值超過了微生物的最適pH值，微生物細(xì)胞內(nèi)的代謝酶的活性以及細(xì)胞膜的滲透性顯著下降，制藥廢水中原生動(dòng)物的活性受到抑制，菌膠團(tuán)解體，嚴(yán)重影響了MBBR對于制藥廢水中SMP的去除效果，SMP的去除率僅為20～30%；綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)MBBR對于制藥廢水中SMP的有效去除，建議將制藥廢水pH值控制在6～8范圍內(nèi)。

2.3 溶解氧Do對SMP去除效果的影響

如圖6所示，為了考察溶解氧Do對MBBR去除制藥廢水中SMP的影響，本試驗(yàn)的開展劃分為四個(gè)階段進(jìn)行：在試驗(yàn)開始的前10天，即試驗(yàn)的調(diào)整期，MBBR對于制藥廢水中SMP的去除率在15～30%范圍內(nèi)，SMP的去除效果波動(dòng)較大，這是因?yàn)樵谶m應(yīng)期，MBBR中微生物需要對制藥廢水的水質(zhì)變動(dòng)非常敏感；在試驗(yàn)的10～20天，通過氣體流量計(jì)將制藥廢水的溶解氧Do控制在了2～4mg/L范圍內(nèi)，MBBR對于制藥廢水中SMP的去除率約為20～40%，SMP的去除效果較差，這是因?yàn)檩^低的溶解氧Do降低了制藥廢水中微生物的生長速率，延長了MBBR的掛膜時(shí)間，與此同時(shí)，較低的溶解氧Do促進(jìn)了絲狀菌的大量繁殖，這些絲狀菌附著在懸浮填料的表面，進(jìn)一步降低了MBBR對制藥廢水中SMP的去除效果；在試驗(yàn)的20～30天，將溶解氧Do的濃度調(diào)整到4～6mg/L范圍內(nèi)，制藥廢水曝氣強(qiáng)度適中，能夠滿足掛膜微生物的生長規(guī)律以及生活習(xí)性，MBBR中生物膜結(jié)構(gòu)正常、污泥絮凝沉降性能良好，與此同時(shí)，適度的曝氣強(qiáng)度又為制藥廢水提供了一個(gè)良好的紊流條件，有利于制藥廢水中SMP、掛膜微生物以及溶解氧Do的充分接觸，進(jìn)一步提高了MBBR對制藥廢水中SMP的去除效果，SMP的去除率高達(dá)75～80%；在試驗(yàn)的30～40天，繼續(xù)調(diào)整制藥廢水的溶解氧Do濃度到6～8mg/L范圍內(nèi)，制藥廢水溶解氧Do超過了微生物的最適濃度，MBBR中水流速度增大、填料間碰撞作用加強(qiáng)，使得生物膜與填料間的附著力減弱，降低了MBBR對制藥廢水中SMP的去除效果，SMP的去除率僅為20～30%；綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)MBBR對于制藥廢水中SMP的有效去除，建議將制藥廢水溶解氧Do濃度控制在4～6mg/L范圍內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：單博（1982-），男，工程師，主要從事污水處理、建筑給水排水相關(guān)研究。