MBR处理偶氮染料废水的启动特性研究陈桂娥

·350·2010年膜法市政水处理技术研讨会2010年5月MBR处理偶氮染料废水的启动特性研究陈桂娥`,李啸寰`,2,许振良3`(1.上海应用技术学院,上海200235;2.上海海洋大学,上海201306;3.华东理工大学,上海200237)摘要:在膜生物反应器(MBR)中,采用染料浓度递增的方法,对活性污泥处理偶氮染料废水进行启动驯化实验,实验中考查了MBR启动期对染料和总TOC的去除效果以及活性污泥特性的变化.结果表明:在启动期MBR中污泥浓度和生理活性略有下降,沉降性能逐渐变好,最终趋于稳定.经过40d的启动驯化活性污泥对染料和总T()〔!的去除率分别达到60%和90%以上,实现了MBR的快速启动和稳定运行.关键词:膜生物反应器(MBR);偶氮染料废水;驯化;启动含有偶氮基的偶氮染料,是染料中品种最多、应用最广泛的一大类染料,在全部染料中约占50%左右lj[.而染料废水是印染、纺织等行业大量排放的一类废水,其毒性大,处理难度较高图.偶氮染料中的偶氮基是这类染料的发色团,某些细菌可通过偶氮还原酶的作用破坏其发色团,从而形成对染料的降解和脱色3[].膜生物反应器(MBR)中膜组件的高效截留作用使活性污泥中的这些弱势菌得以浓缩富集,大大提高了其对难降解有机物的处理能力,有着其他工艺所无法比拟的优势〔`一5〕,从而成为处理染料废水的可行方法之一染料分子对微生物具有一定毒性,会在一定程度上抑制活性污泥中各种微生物的正常代谢,甚至杀死其中大多数微生物.因此,必须对活性污泥进行系统的启动驯化本研究用商业化活性艳兰染料模拟偶氮染料废水,进水负荷恒定,染料浓度递增,考察了浸没式MBR处理有毒偶氮染料废水启动期的去除效果和污泥特性,实现MBR系统的快速启动和稳定运行.1材料与方法1.1实验装置与流程实验装置如图1所示,反应器为浸没式,有效容积6L;膜组件为中空纤维式,膜材质为聚偏氟乙烯(pVDF),膜孔径0.2拜m,内径0.5mm,有效膜面积0.047m2.1.原水箱;2.蠕动泵;3.反应器;4.膜组件;5.压力表;6.气泵图1实验装置Fig.1cShematiediagramofexperimentaldeviee启动过程每10d一个周期,全程进水负荷基本恒定,染料浓度分期递增,监测去除率和污泥特性变化.控制膜通量12.SL(/mZ·h)左右,水力停留时间(HRT)为loh,溶解氧(DO)浓度为3一smg/L,pH一6.5,水温25℃,不排泥.采用连续进水,间歇出水的运行方式,每抽吸10min,停2mi.n1.2实验用废水实验中的废水为人工配制的偶氮染料废水,染料系商业化的活性艳蓝KN一R,分子式为CZ:H16NZNaZ01:凡,最大吸收波长为590nm.其中染料、葡萄糖、氯化钱和磷酸二氢钾按投C,N,P一1印,5,1收稿日期:2010一04一26论文集陈桂娥等:MBR处理偶氮染料废水的启动特性研究投加,染料浓度按梯度增加,补足葡萄糖至有机负荷基本恒定,同时加人一定量的营养盐,具体水质见表.l表1实验用水水质Table1uQalityofexperimentalwastewater编号染料(/mg·L一`)TOC(/mg·L一`)第一期第二期第三期第四期90~1101.3分析方法污泥体积指数(SVI)、活性污泥总量(Ml乏名):采用标准方法6j[测定;pH:采用雷磁PH3SD型pH计测定厂T(X二:采用岛津T(X二一从二PH型总有机碳分析仪测定;溶解氧(L延)):采用JPSJ一605型溶氧仪测定;脱氢酶(I)HA):采用下R二一DHA法川测定;吸光值:采用TU1810型紫外一可见分光光度计测定.2结果与讨论2.1启动期MBR对染料的去除效果启动期MBR对染料的去除效果如图2所示.系统稳定后,取MBR上清液与出水进行紫外一可见分光扫描,其吸收光谱如图3所示.上清液和出水在波长590nm处的特征吸收峰均发生衰减,没有明显的波形变化,没有产生新的吸收峰或者峰偏移现象,说明微生物对染料降解的过程没有产生其他发色基团中间体田.膜出水的吸光值略低于上清液,这是由于膜组件本身对染料分子也能起到一定的吸附作用,但其在59Omn处仍有一定的吸收峰,说明出水中仍有少量偶氮化合物存在,这与启动期出水染料去除率在60%左右的结果相一致.`.6「一一一一二覆不一刁5101520一上清液一出水0.20040()侧米冬兰三二二三飞盗怡藉习600800波长n/m启动初期,由于进水中突然加人染料,微生物尚无法完全适应,去除率只有35.6%.启动之后10d内系统的去除率不断增加,第12d去除率达到60.3%,并没有受到第二期开始染料浓度增加的影响,除了微生物自身适应性提高外,也可能是初期活性污泥颗粒对染料分子良好的吸附作用造成的阁.12d后,活性污泥颗粒吸附作用达到饱和,染料去除率无明显增加,除了在第三期开始时略有波动,去除率基本稳定在60%.第四阶段的染料浓度提高对去除率没有造成明显影响,说明膜组件对活性污泥中的脱色菌起到了截留和富集作用,微生物的适应能力提高,系统趋于稳定.25r~~--es-,~尸~sesese~~~,eseseseseeeses,es~l0()图3KN一R染料降解的紫外一可见吸收光谱Fig.3TheUVVisabsorptionspeetrumofdegradationofKN一R2.2启动期MBR对IIX二的去除效果启动期MBR对染料的去除效果如图4所示.MBR启动初期出水TOC浓度为10.5mg/L,去除率为89.6%,之后去除率略有上升和波动,20d后出水TOC浓度基本稳定在7·5一“·“咋/L,去除率为91.8%一92.7%.MBR系统在启动期有较高的TOC去除率,这是由于启动期的进水组成中葡萄糖占的比例较大,而葡萄糖对大多数微生物都是易分解利用的,故在染料去除率60%左右的情况下,系统对总TOC的去除率仍可稳定保持在较高水平.岁、哥迷邢今今今卜___卜卜卜一一rrrrr...卜卜卜卜;;;;;~~~一一一一一一一l{{{{{}…}}}卜卜lll一一一一一.---lllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll___乒坛坛{第二期!!!卜℃产尸人,州州卜卜卜{{{第第一期期{;;;}第三期一一{第四期``l---气气~~川川},,几一原水水石一一.~~~打打打~产一~{{{一出水iiil一一``户户户户一去除互互否否l...卜卜卜卜一一叫叫}!!!l~~~农农农农农度一一}}}农农农农农度度里~~~解解解解解。。...`````一~.-.~一一{{{勺勺勺勺勺一一一ǎ乙·切已í侧姆。0ù20巧1050ǎ一ó·即日í侧影某戳图2MBR对KN一R染料的去除效果Fig.2KN一RremovaleffeetofMBR图4MBR对T〔兀的去除效果Fig.4T(X二reomvaleffeetofMBR·352·膜科学与技术2010年2.3启动期活性污泥浓度和沉降性能的变化启动期浓度和沉降性能的变化如图5所示.启动前期由于一部分菌种不能适应染料废水的毒性而逐渐死亡,MLsS浓度呈明显下降趋势.染料耐受菌和分解菌得到存活并增殖,故之后MLSS浓度略有上升.每次染料浓度提升,MLSS浓度均略有下降,但是下降的幅度越来越小,说明经过染料浓度的梯度筛选,存活的菌种对染料的耐受度在逐步提高.经过启动驯化,MLSS浓度从最低时的3.89/L逐渐上升到4.89/L.启动初期SVI一度达到145mL/g,接近污泥膨胀状态.虽然MBR中的污泥沉降性和出水水质无关,但是发生膨胀的污泥会加重膜污染,降低膜通量,给运行带来一系列的问题l0[」.由于污泥颗粒对水中有机污染物分子具有一定吸附作用以及活性污泥适应性的提高,污泥沉降性能逐渐好转,SVI在20d后基本稳定在80mL/9.由于吸附了一定染料,污泥外观呈蓝黑色絮状,40d后镜检发现污泥絮体较紧密,菌胶团长势良好,结构紧凑,有少量钟虫出现,污泥己基本成熟.小,说明经过染料浓度的梯度筛选,存活的菌种对水中有机物的利用能力在逐步提高,这与启动期MLSS浓度的变化情况是一致的.经过启动驯化,SOUR从最低时的2.2mgo:/(g·h)逐渐恢复到3.9mgOZ/(g·h),虽不及初始水平,但作为处理有毒偶氮染料废水的MBR体系来说,已达到启动驯化目的.8卜一期…第二期…第三期卜·期6}}}}42ǎ一!书工知已即日)己冲o010203040t/d图6启动期污泥耗氧速率的变化Fig.6ChangesofOURduringstar--tupphaseǎ一!如·闷日)/工A的200160120808}!}!1第一期}第二期}第三期}第四期6卜令\!!1一对ǎù知·缪55闷昌04001020t/dll}一`一ML端s_一sVI}i-一----J~Jse一~~~~~Les3040图5启动期污泥浓度和沉降性能的变化Fig.5ChangesofMLSSandSVIduringstart一uPPhase2.4启动期活性污泥生理活性的变化活性污泥中的微生物通过从废水中摄取营养物质供给自身的生长与繁殖,同时从体内排泄代谢产物,在代谢过程中需消耗氧气达到水质净化的目的l0[口,故采用污泥耗氧速率(SOUR)可用于评价活性污泥的生理活性.启动期活性污泥耗氧速率的变化如图6所示,由于原污泥用于生活污水的处理,活性较好、对有毒物质敏感,故初始SOUR达到8.3mg02/(g·h),在进染料废水后迅速下降到2.2mg02/(g·h).随着污泥适应性的增加,污泥生理活性得到一定恢复,SOUR逐步回升.每次染料浓度提升,SOUR均有所下降,但是下降的幅度越来越3结论(1)活性污泥经过40d启动驯化对KN一R染料和总尸f(工二的脱去除率分别达到60%和90%以上.(2)启动期活性污泥浓度降低,沉降性能逐渐好转,并分别趋于稳定.(3)启动期活性污泥生理活性先迅速变差再恢复好转,变化趋势与活性污泥浓度的变化趋势有一致性.(4)经过40d启动驯化实现了MBR系统对偶氮染料废水处理的快速启动和稳定运行.参考文献[1〕张金平,阐振荣,李彦芹,等.染料脱色菌与芳胺降解菌的筛选及降解染料研究[J].生物技术,2006,16(l):68一70.〔2]1191KarapinarKapdan,FikretKargi.SimultaneouSbio-degradationandadsorptionoftextiledyestuffinanaeti-vatedsludgeunit「J].PoreessBioehemistry,2002,37(9):973981.[3]Pieree.Theremovalofcolorfromtextilewastewateru-singwholebaeterialeells:areview仁J].DyesPigments,2003,58(3):179一196.[4]许振良.膜法水处理技术[M].北京:化学工业出版社,2001.[5]周颖,许振良,陈桂娥,等.强化M13R处理含酚毒性论文集陈桂娥等:MBR处理偶氮染料废水的启动特性研究·353·废水及膜过滤特性的研究「J].膜科学与技术,2009,29(3):99一102.[6]国家环保局.水和废水监测分析方法[M〕.北京:中国环境科学出版社,200.2[7]顿咪娜,胡文容,裴海燕,等.脱氢酶活性检测方法及应〔J].1业水处理,2008,28(10):1一4.[8]周颖,许振良,陈桂娥,等.真菌MBR处理酚类废水的工艺研究[A].第四届全国化工与生物化工年会论文集[C].杭州,2008:553一554.[g]洪俊明.A/OM13R组合工艺处理酞蓄染料KN一G废水〔J].华侨大学学报,2009,30(3):302一304.巨10]王竞,邢林林,曲媛媛,等.生物强化MBR系统处理嗅氨酸启动期特性研究[J].大连理工大学学报,2007,47(5):647一651.[11]卢琼.联合式膜生物反应器处理模拟焦化废水的研究[剑.上海