共代谢膜生物反应器法处理二甲基亚砜废水

耿长君，蒲文晶，刘 巍，苗 磊，王宏伟，张晓东

（1. 中国石油 吉林石化公司研究院，吉林 吉林 132021；2. 吉林燃料乙醇有限责任公司，吉林 吉林 132101）

某企业排放的生产废水中主要特征污染物为二甲基亚砜（DM SO），废水的可生化性较差（BOD5/COD=0.02），用常规生物法难以直接处理。DMSO废水的处理方法主要有化学氧化法和生化法。化学氧化法处理成本较高［1-2］。生化法中，高效菌在厌氧条件下降解DMSO的过程中会产生一定量的含硫挥发物，造成二次污染；在好氧条件下降解DMSO存在降解时间长、去除率低等问题［3-4］；利用共代谢在好氧条件下降解DMSO，在添加蔗糖作为共代谢基质的情况下，质量浓度为400～500 mg/L的DMSO在10～12 h内可完全降解［5］。微生物共代谢降解DMSO的机理是共代谢基质消耗过程中产生非专一性的加氧酶，使DMSO分解后被微生物作为二级基质降解［6-8］。

膜生物反应器（MBR）具有泥水分离效果好且稳定、水力停留时间（HRT）和固体停留时间（SRT）可完全分离、废水处理效果好、工艺流程简单、装置占地面积小、控制易于实现自动化、出水可回用等优点，尤其是一体式MBR工艺实现了有机物降解和固液分离的一体化操作，同时可省去初沉池［9-10］。

本工作采用共代谢与一体式好氧MBR相结合的工艺，对DMSO废水进行连续模试处理。考察了装置的污泥驯化效果、DMSO去除率、污泥特性、HRT和冲击负荷对DMSO去除率的影响。

1 试验部分

1.1 废水水质及试剂

废水取自某厂生产废水提升池。废水水质波动较大，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处理厂生化曝气池。磷酸铵：分析纯；碳酸氢钠、蔗糖：工业级。

1.2 装置及运行参数

试验装置为模试规模，处理废水流量5～10 L/h。高位槽φ300 mm×850 mm，聚氯乙烯；调节池745 mm×745 mm×850 mm，聚氯乙烯；MBR外壳φ400 mm×1 080 mm，不锈钢；膜组件350 mm×350 mm，3片，聚偏氟乙烯+特种纳米材料。

M BR的主要运行参数：HRT=12～24 h，MLSS=5～6 g/L，pH=5.5～6.5，DO=2～4 mg/L，温度15～35 ℃。

1.3 试验方法

采用共代谢好氧M BR工艺，共代谢基质为蔗糖。

将提升池中的废水连续打入高位槽，再定量连续打入调节池，同时将磷酸铵和碳酸氢钠定量连续加入调节池，废水与药剂在调节池内通过空气曝气充分混合后，从下部打入MBR，同时将蔗糖定量加入M BR，经M BR处理的废水通过膜组件，由磁力泵从MBR上部排出，测定ρ（DMSO），M LSS，MLVSS。不定期由MBR底部排泥口排出多余的污泥，磁力泵的运行方式为运行8 m in， 停止2 m in。

试验分为驯化期和正式期两个阶段。驯化期：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

采用美国安捷伦公司的HP5890型气相色谱仪测定DMSO 的质量浓度，检出限6 mg/L；采用日本奥林巴斯公司的CX 41型显微镜观测污泥的生物相。

2 结果与讨论

2.1 驯化期的DMSO去除率

驯化期的DMSO去除率见图1。由图1可见：随驯化时间的延长，DMSO的去除率总体呈上升趋势；驯化第29天，DMSO去除率达98.5%，表明装置运行29 d时MBR内的污泥已驯化成功。

图1 驯化期的DMSO去除率

驯化29 d时，显微镜观察到活性污泥中存在变形虫、累枝虫、足吸管虫、楯纤虫、转轮虫和线虫等微生物。

2.2 正式期的DMSO去除率

正式期的DMSO去除率见图2。由图2可见：正式期第1天～第54天，由于装置为持续高负荷DMSO进水，开始时降解DMSO的微生物数量不足，DMSO去除率较低，随着微生物数量的不断增加，DMSO去除率也逐渐升高；正式期第55天～第110天，MBR进水的DMSO负荷基本正常，且降解DMSO的微生物数量积累的足够多，故DMSO去除率维持在一个较高的水平，期间有数次DMSO去除率明显下降，是因为装置运行过程中碱的加入量不足使MBR发生了内酸化的现象，进而抑制了微生物对DMSO的降解，消除MBR内酸化后，DMSO去除率很快恢复正常，说明MBR对短期酸化冲击的修复作用明显；装置在正式期第55天～第110天运行时，去除这期间MBR内造成的异常数据，装置进水ρ（DMSO）=257～1 448 mg/L（平均值为718 mg/L），出水ρ（DMSO）=6～22 mg/L（平均值为7 mg/L），DMSO去除率为96.4%～99.6%（平均值为98.9%）；正式期第111天～第125天，由于气温降低造成MBR内温度降低，致使微生物的活性降低，DMSO去除率降低。

2.3 污泥的性能

在模试运行期间，正式期的第53天将MBR内的泥水混合液排出21 L， 第75天和第83天各排出10 L，其他时间处于不排泥状态，MBR内的污泥性能见表1。由表1可见，在整个MBR运行的正式期，污泥体积指数（SVI）小于100 m L/g，表明污泥的沉降性能较好［11］；MLVSS/MLSS较高，表明污泥的活性高；随HRT的缩短，MLVSS增加，这是因为单位时间内去除的有机物的量有所提高。MBR内MLSS的平均值为5.52 g/L，MLVSS的平均值为4.78 g/L。

图2 正式期的DMSO去除率

表1 正式期MBR内的污泥性能

M LVSS和M LVSS/M LSS随运行时间的变化见图3。由图3可见： 在驯化期内， 由于废水中的DMSO对菌种有抑制作用，MLVSS逐渐减小；随着活性污泥对废水的逐渐适应，在正式期内M LVSS随运行时间的延长而逐渐增大；M LVSS/M LSS也是经过驯化期的短暂降低后，在正式期随运行时间的延长而逐渐增大，运行到第110天时（包括30 d驯化期）基本稳定在0.89，说明污泥活性较高。

图3 MLVSS和MLVSS/MLSS随运行时间的变化

2.4 HRT对DMSO去除效果的影响

在MBR运行的正式期，HRT对DMSO去除效果的影响见表2。

表2 HRT对DMSO去除效果的影响

由表2可见，当HRT为24，16，12 h时，DM SO的平均去除率均达到98.6%以上，说明HRT≥12 h时DMSO即可在MBR内被很好地降解去除。综合考虑，采用HRT为12 h较适宜。

2.5 DMSO高负荷状态下的DMSO去除效果

在正式期的第11天～第54天，持续的进水DM SO高负荷对模试装置的运行形成冲击，当DM SO处于高负荷状态时DM SO的去除效果见表3。

表3 DMSO处于高负荷状态时DMSO的去除效果

由表3可见：DM SO处于高负荷状态时，DMSO去除率较低；在持续DMSO高负荷时，随蔗糖加入量的增加，DMSO去除率逐渐增加，最终恢复到DMSO处于高负荷冲击前时DMSO的去除效果。这是因为，蔗糖加入量增大可以产生更多的降解DMSO的微生物，且MBR可将产生的微生物截留，从而保证有足够多的微生物用于去除DMSO。

3 结论

a）采用蔗糖作为共代谢基质与一体式好氧MBR工艺相结合处理DMSO废水，驯化第29天，DMSO去除率达98.5%，表明MBR内的污泥已驯化成功。

b） 在MBR运行的正式期，当DMSO处于高负荷状态时，DMSO去除率较低；随蔗糖加入量的增加，DMSO去除率逐渐增加，最终恢复到DMSO处于高负荷冲击前时DMSO的去除效果；正常运行时，装置进水ρ（DMSO）=257～1 448 mg/L（平均值为718 mg/L），出水ρ（DMSO）=6～22 mg/L（平均值为7 mg/L），DMSO去除率为96.4%～99.6%（平均值为98.9%）。

c） 在MBR运行的正式期，SVI小于100，表明污泥的沉降性能较好；M LVSS/MLSS较高，表明污泥的活性高；MBR内MLSS的平均值为5.52 g/L，MLVSS的平均值为4.78 g/L。

d） MBR适宜的HRT为12 h。

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