好氧和厌氧条件下污水中多环麝香去除效果研究*

黄丽坤，王敬元，王广智,陈睿

（1.哈尔滨商业大学生命科学与环境科学研究中心,黑龙江哈尔滨150076；2.哈尔滨工业大学市政与环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090）

试验与研究Test and Research

好氧和厌氧条件下污水中多环麝香去除效果研究*

黄丽坤1，王敬元1，王广智2,陈睿2

（1.哈尔滨商业大学生命科学与环境科学研究中心,黑龙江哈尔滨150076；2.哈尔滨工业大学市政与环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090）

为了比较好氧、厌氧MBR工艺对污水中多环麝香的处理效果，通过改变不同的水力停留时间来考察生活污水中污染物COD、吐纳麝香（AHTN）和佳乐麝香（HHCB）的去除效果以及每个停留时间内水样中和泥样中两种麝香的浓度分布。结果表明，在好氧和厌氧条件下，污水中COD的去除率分别为82.49%和72.10%，HHCB的去除率分别为71.23%和68.97%，AHTN的去除率分别为53.89%和70.55%。随着水力停留时间的增加，好氧条件下水样中两种麝香去除速率在逐渐增加，而厌氧条件下水样中两种麝香的去除率在逐渐降低，说明厌氧条件下HRT的增大对两种麝香的去除作用在降低，得出好氧水解-MBR反应器比厌氧-MBR反应器对HHCB和AHTN的去除率更有效，说明好氧水解-MBR工艺在各方面均强于厌氧-MBR工艺。

HHCB;AHTN;MBR;好氧;厌氧

前言

多环麝香是人工合成麝香的一种，人工合成麝香是天然麝香的廉价替代物[1]。人工合成麝香主要包括硝基麝香（Nitro musk），大环麝香（Macro cyclic musk），多环麝香（Polycyclic musk）[2]。多环麝香在20世纪50年代才开始合成使用，随着经济的不断发展和社会不断进步，多环麝香正逐步取代硝基麝香[3]。多环麝香以其优雅的芳香气味在日常生活中被广泛使用[4]。在生产和使用过程中会经过污水处理系统而进入环境中[5]。多环麝香具有较强的亲脂憎水性、环境持久性和生物积累性，在环境中难降解，易生物富集，并在较高的浓度水平下呈现出一定的雌激素活性[6]。已有的多环麝香环境污染的研究，主要集中在分布特征、污染程度、生态毒理和风险评价等研究领域，目前环境中多环麝香的分布规律和迁移转化是国内多环麝香研究的热点和难点[7～9]。

近年来，膜生物反应器（Membrane bioreactor, MBR）因占地小、容积负荷高、污泥产量少、出水水质高等特点广泛应用于各种类型污水处理中[10]。本试验通过MBR反应器研究好氧和厌氧条件下多环麝香的污染特性，通过改变水力停留时间HRT（Hydraulic retention time，HRT）来研究对HHCB和AHTN的分布特征和两种物质在水样中的去除率。

1 材料与方法

1.1 试验用水

本试验采用哈尔滨工业大学第二学区家属区的生活污水进行试验，其水质特征如表1所示。好氧实验使用生活污水进行试验，反应器所用的污泥为哈尔滨市某污水处理厂A/O好氧段的污泥，对其进行驯化培养，待完全调试运行正常后采用连续进水方式，通过控制不同的水力停留时间来富集浓缩水样。厌氧实验所用污泥取自哈尔滨某污水处理厂厌氧段的污泥，取回来后接种到厌氧水解反应器中。污泥先静置一个月，使其进入到消化阶段。接种后加入生活污水，采用间歇运行的方式进行，逐步缩短时间。培养厌氧污泥时，只进行搅拌不曝气，反应器尽可能绝密封口。

表1 生活污水水质特征Table1 The quality characteristics of sanitary sewage

1.2 仪器试剂及检测方法

水中的多环麝香主要以溶解的状态在水相中，为了研究其在两相中的分布，本实验分别选取不同周期的水样进行富集浓缩进行测定，对水相和泥相中的多环麝香分别进行液液萃取和索氏提取，最终用气质联用仪测定其含量。试验中的所有指标均采用国家标准方法进行检测。佳乐麝香（HHCB）和吐纳麝香（AHTN）使用美国Agilent公司气质联用仪（GC-MS7890-5975A）检测其含量；化学需氧量（COD）采用重铬酸钾消解法（根据国标GB11914-89）。

1.3 试验装置及运行方法

好氧实验从水质特性出发，确定选择好氧水解-MBR膜生物反应器作为好氧段的反应器。反应器的水箱和膜生物反应器均由有机玻璃组成，进水水箱尺寸为长×宽×高=30cm×30cm×45cm；A/O-MBR反应器尺寸为长×宽×高=40cm×20cm×25cm，有效容积20L，好氧区体积16L。污水储存在进水水箱中，经进水管由进水泵抽吸至水解反应器中，污水经水解反应器处理后由出水泵抽吸至膜生物反应器内，而后经过中空纤维膜组件抽出。

厌氧实验采用的是厌氧-MBR膜生物反应器，它是用超滤膜代替二沉池进行污泥固液分离污水的处理装置，是膜分离技术与活性污泥法的有机结合。膜生物反应器不仅提高了污染物的去除效率，在很多情况下出水可以作为再生水利用。反应器均由有机玻璃制成，进水箱尺寸为长×宽×高=30cm×30cm ×45cm；厌氧反应器直径D=15cm，有效高度67cm，有效容积为11.8L。将反应器置于20～25℃的恒温室内，进水方式为连续进水，间歇式出水。

2 结果与讨论

水力停留时间HRT对MBR系统的影响有两个方面，一是影响污水可生化性的提高程度，二是影响对污染物的去除效率[11]。选取的HRT分别是4、6、8、10h，以6d为一周期，对反应器进出水的COD、多环麝香进行测定。

2.1 HRT对COD去除的影响

HRT对好氧水解-MBR反应器去除COD的影响如图1所示，对厌氧-MBR反应器去除COD的影响如图2所示。

图1 HRT对好氧-MBR系统去除COD的影响Fig.1 The effect of HRT on the removal of COD in the aerobic hydrolysis-MBR reactor

图2 HRT对厌氧-MBR系统去除COD的影响Fig.2 The effect of HRT on the removal of COD in the anaerobic-MBR reactor

由图1、图2可知，进水COD在257～410mg/L波动，在4个试验阶段进水COD平均分别为306、314、293、348mg/L。在此条件下好氧水解-MBR反应器出水COD平均为61、50、43、40mg/L，对COD的平均去除率为80.06%、84.07%、85.32%、88.51%，而厌氧-MBR反应器出水COD平均为113、92、74、70mg/L，对COD的平均去除率为63.07%、70.70%、74.74%、79.88%。对比看来，随着HRT的延长，好氧水解-MBR反应器、厌氧-MBR反应器试验对COD的去除率逐渐增加，两种工艺对COD的去除率影响基本相同。好氧水解-MBR反应器对COD的去除率平均为84.49%，而厌氧-MBR反应器对COD的去除率平均为72.10%。综上，好氧水解-MBR反应器对COD的去除效果明显优于厌氧-MBR反应器。

2.2 HRT对多环麝香去除效果的影响

HRT对好氧水解-MBR反应器去除HHCB的影响如图3所示，HRT对厌氧-MBR反应器去除HHCB的影响如图4所示。

图3 HRT对好氧-MBR系统去除HHCB的影响Fig.3 The effect of HRT on the removal of HHCB in the aerobic hydrolysis-MBR reactor

图4 HRT对厌氧-MBR系统去除HHCB的影响Fig.4 The effect of HRT on the removal of HHCB in the anaerobic-MBR reactor

由图3、图4可知，进水HHCB在101～123ng/L波动，在4个试验阶段进水HHCB平均分别为110.71、120.74、103.63、110.94ng/L。在此条件下好氧水解-MBR反应器出水HHCB平均为41.99、44.27、34.75、31.92ng/L，对HHCB的平均去除率为62.07%、63.33%、66.46%、71.23%，而厌氧-MBR反应器出水HHCB平均为29.70、34.32、30.23、34.42ng/L，对HHCB的平均去除率为73.17%、71.58%、70.83%、68.97%。对比看来，随着HRT的延长，好氧水解-MBR反应器对HHCB的去除率呈现出逐渐上升的趋势，而厌氧-MBR反应器对HHCB的去除率呈现逐渐下降的趋势，但幅度不大。在HRT为10h时好氧水解-MBR反应器对HHCB的去除率平均为71.23%，而HRT为10h时厌氧-MBR反应器对HHCB的去除率平均为68.97%。好氧水解-MBR系统较为稳定，呈稳定上升，而厌氧-MBR系统随着HRT的延长，去除率出现越来越低的情况。综上所述，好氧水解-MBR工艺能保持稳定较高的去除率，能更好地运用到实际工程当中。

HRT对好氧水解-MBR反应器去除AHTN的影响如图5所示，HRT对厌氧-MBR反应器去除AHTN的影响如图6所示。

图5 HRT对好氧-MBR系统去除AHTN的影响Fig.5 The effect of HRT on the removal of AHTN in the aerobic hydrolysis-MBR reactor

图6 HRT对厌氧-MBR系统去除AHTN的影响Fig.6 The effect of HRT on the removal of AHTN in the anaerobic-MBR reactor

由图5、图6可知，进水AHTN在48～63ng/L波动，在4个试验阶段进水AHTN平均分别为50.01、55.72、49.13、55.28ng/L。在此条件下好氧水解-MBR反应器出水AHTN平均为24.86、23.23、17.67、16.28ng/L，对AHTN的平均去除率为50.29%、58.31%、64.03%、 70.55%。而厌氧-MBR反应器出水AHTN平均为15.09、20.20、20.19、25.49ng/L，对AHTN的平均去除率为69.83%、63.75%、58.90%、53.89%。对比看来，随着HRT的延长，好氧水解-MBR反应器在水相中AHTN的去除率呈现稳步上升的趋势，且上升幅度较为明显，在HRT为10h时，AHTN的平均去除率为70.55%。厌氧-MBR反应器在HRT延长的情况下，去除率不断下降，当HRT为10h时，AHTN的平均去除率为53.89%。综上所述，当HRT不断延长，好氧水解-MBR反应器更能有效地去除水中的AHTN，而厌氧-MBR反应器却不能长期有效地去除AHTN，所以在实际运用当中，好氧水解-MBR工艺更能达到稳定高效去除AHTN的目的。

2.3 HRT对泥相中多环麝香分布的影响

HRT对泥相中HHCB和AHTN浓度的影响如表2所示。由表2可知，好氧水解-MBR反应器的四个HRT内HHCB的平均浓度为70.44ng/g，AHTN的浓度为32.12ng/g,厌氧-MBR反应器四个HRT内HHCB平均浓度为61.96ng/g，AHTN的平均浓度为25.46ng/g。由此看来，随着HRT的延长，好氧水解-MBR反应器和厌氧-MBR反应器中HHCB和AHTN的浓度均逐渐增高，表明了多环麝香大部分被吸附在污泥上，泥相中的多环麝香不断增加。说明污泥吸附是一个快速的过程，达到平衡以后浓度波动幅度不大,可以说明水样中的多环麝香一部分富集到泥样中，泥样中多环麝香是长期积累的结果。

表2 HRT对HHCB和AHTN浓度分布的影响Table2 The effect of HRT on the HHCB and AHTN distribution

3 结论

（1）在不同的水力停留时间下的生活污水中，HHCB的浓度比AHTN的浓度大，厌氧与好氧两种系统对COD的去除率随着HRT的增加而加大，好氧水解-MBR反应器COD的去除率平均为84.49%，而厌氧-MBR反应器对COD的去除率平均为72.10%。说明好氧条件下，COD的去除率比厌氧条件下去除率高。

（2）HHCB在厌氧与好氧两种条件下，四个不同水力停留时间下好氧水解-MBR反应器的去除率平均为71.23%，厌氧-MBR反应器去除率平均为68.97%。在好氧系统中随着HRT的增大，HHCB的去除率逐渐增加，而在厌氧系统中HHBC去除率随着HRT增加而逐渐降低。HRT为10h时AHTN在厌氧与好氧两种条件下去除率分别为53.89%和70.55%。得出好氧水解-MBR反应器比厌氧-MBR反应器的HHCB和AHTN去除率更强。

（3）泥样中两种麝香的含量不同，停留时间每个时段两种物质的浓度变化趋势大致相同，主要是受富集时间的影响，当其达到一定富集时间浓度就可能会趋于稳定。从富集程度上看，在好氧条件下，两种多环麝香的富集程度依然强于厌氧条件多环麝香的富集程度，说明好氧水解-MBR工艺在在各方面均强于厌氧-MBR工艺。

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Study on the Removal of Polycyclic Musk in Sewage under Aerobic and Anaerobic Condition

HUANG Li-kun1,WANG Jing-yuan1,WANG Guang-zhi2and CHEN Rui2
（1.Center of Research and Development on Life Sciences and Environmental Sciences,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China;2. College of Municipal and Environmental Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China）

In order to compare the effects of aerobic and anaerobic MBR process on the removal of polycyclic musk in wastewater,the removal efficiency of COD,AHTN and HHCB in wastewater and the distribution of the two kinds of musk in wastewater and sludge were investigated through changing the hydraulic retention time（HRT）.The results showed that the removal efficiencies of COD in wastewater were above 82.49%and 72.10%under the aerobic and anaerobic conditions respectively,and the HHCB removal rates were 71.23%and 68.97%and the removal rates of AHTN were 53.89%and 70.55%,respectively.With the increase of HRT,the removal rates of two kinds of musk in wastewater samples under the aerobic condition gradually increased,however the removal rates decreased under the anaerobic condition.It indicated that the increase of HRT under anaerobic conditions would inhibit the removal of the two kinds of musk.The aerobic reactor was more effective than the anaerobic reactor in removing the HHBC and AHTN.It was concluded that the aerobic hydrolysis-MBR process in all aspects was better than the anaerobic-MBR process.

HHCB;AHTN;MBR;aerobic;anaerobic

X 703

A

1001-0017（2017）04-0237-04

2017-04-17*基金项目：国家自然科学基金项目（编号：51408168）

黄丽坤（1980-），女，吉林辉南人，博士，副教授，主要从事环境污染控制技术研究。