电解水解DMBR处理模拟造纸废水中DOM特性

凌琪，孔莹莹，伍昌年，等.电解-水解-DMBR处理模拟造纸废水中DOM特性[J].环境科学与技术，2018，41（6）：70-75.LingQi,KongYingying,WuChangnian，etal.Characteristicsofdissolvedorganicmattersinpapermakingwastewaterbyelectrolysis-hydrolysis-DMBRprocess[J].Environmen⁃talScience&Technology，2018，41（6）：70-75.电解-水解-DMBR处理模拟造纸废水中DOM特性凌琪1,2，孔莹莹1,2，伍昌年1,2，王敏1,2,王晏平2，严南峡2（1.安徽建筑大学水污染控制与废水资源化安徽省重点实验室，安徽合肥230601；2.安徽建筑大学环境与能源工程学院，安徽合肥230601）摘要：采用UV-vis光谱、凝胶色谱和三维荧光光谱技术，对电解-水解-DMBR联合工艺处理模拟造纸废水过程中溶解性有机物（DOM）进行表征。结果表明，废水经过该工艺处理后有机污染物可以被有效的去除。反应器对COD和TOC的去除率分别为91.1%和89.6%。UV-vis光谱图和分子量分布图分析表明，废水经水解酸化池处理后，难降解的大分子物质被分解转化为较易降解的小分子物质。三维荧光光谱图分析表明，废水中DOM主要有高激发波长色氨酸荧光峰（峰A）、紫外光区富里酸荧光峰（峰B）和可见光区富里酸荧光峰（峰C）3个明显的特荧光峰。经电解处理后峰B有成峰趋势；经水解酸化池处理后峰A强度明显增大。荧光指数（FI）、生物源指数（HIX）和腐殖化指数（BIX）的值表明，处理过程中DOM主要是由于微生物代谢而产生的。关键词：模拟造纸废水；溶解性有机物；紫外光谱；分子量；三维荧光光谱中图分类号：X703文献标志码：Adoi：10.19672/j.cnki.1003-6504.2018.06.012文章编号：1003-6504(2018)06-0070-06CharacteristicsofDissolvedOrganicMattersinPapermakingWastewaterbyElectrolysis-Hydrolysis-DMBRProcessLINGQi1,2,KONGYingying1,2,WUChangnian1,2,WANGMin1,2,WANGYanping2,YANNanxia2(1.KeyLaboratoryofAnhuiProvinceforWaterPollutionControlandWastewaterResources,AnhuiJianzhuUniversity,Hefei230601,China;2.SchoolofEnvironmentandEnergyEngineering,AnhuiJianzhuUniversity,Hefei230601,China)Abstract:UV-visspectroscopy,gelchromatographyandthree-dimensionalfluorescencespectrumwereusedtothestudyofcharacterizingdissolvedorganicmatter(DOM).Theresultsshowedthattheorganicpollutantscouldbeeffectivelyre⁃movedthroughtheaboveprocess.TheratesofCODandTOC’sremovalwere91.1%and89.6%respectively.UV-visspec⁃traandmolecularweightdistributionshowedthattherefractorymacromoleculesweredecomposedintoseveralsmalldegrad⁃ablemoleculesafterthetreatingofhydrolyticacidification.Three-dimensionalfluorescencespectroscopyshowedthattheDOMmainlyhadthreefluorescencepeaks,includingthehighexcitationwavelengthtryptophanfluorescencepeak(peakA),theultravioletregionfluvicacidfluorescencepeak(peakB)andthevisiblelightfluvicacidpeak(peakC).Afterthetreatingofelectrolytic,thepeakBgotatrendofbeingpeak.ThegradientofpeakAwassignificantlyincreasedbythetreatingofhy⁃drolyticacidification.Finally,thevaluesoffluorescenceindex(FI)andbiogenicindex(HIX)andhumificationindex(BIX)in⁃dicatedthattheDOMwasmainlyproducedbymicrobialmetabolism.Keywords:papermakingwastewater；dissolvedorganicmatter；UV-visspectroscopy；molecularweight;three-dimensionalfluorescencespectrum《环境科学与技术》编辑部：（网址）（电话）027-87643502（电子信箱）[e-mail]收稿日期：2017-12-30；修回2018-01-30基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项课题（2014ZX07405003）；安徽省2017年省级大学生创新创业训练计划项目（120）作者简介：凌琪（1960-），女，教授，硕士，主要从事水污染控制与理论科研与教学工作，（电子信箱）[e-mail]。我国是造纸工业大国，同时也是造纸工业废水排放大国[1]。造纸废水由于其COD含量高，污染物成分较为复杂，难处理等因素成为了环境污染防治与处理棘手问题之一[2，3]。溶解性有机物（dissolvedorganicmatter，DOM）是造纸废水中有机物的重要组成部分。DOM在处理造纸废水工艺中的迁移转化对污染物的EnvironmentalScience&Technology第41卷第6期2018年6月Vol.41No.6Jun.2018第6期去除以及可生物降解性有着重大的影响。现阶段国内外对于造纸废水的处理方法主要有物理化学法、生物化学法、物理化学生物化学联合法等方法[4-6]。动态膜生物反应器（DMBR）是一种将动态膜过滤技术和生物处理工艺相结合的污水处理工艺，膜基材采用廉价且有着较大孔径的微网材料，通过在活性污泥过滤过程中形成的生物动态膜实现近似于微滤膜的过滤效果[7，8]。DMBR由于其造价低，出水量大且水质优良等优点被国内外的水处理工作者所青睐。目前采用电解-水解酸化-DMBR联用处理造纸废水的研究报道比较少，其中关于DOM的迁移转化规律更鲜有报道。本文通过紫外可见分光光度法、凝胶色谱分子量测定技术、三维荧光光谱技术，以电解-水解-DMBR联合工艺处理模拟造纸废水过程中DOM为研究对象，分析研究了处理过程中污染物与DOM的变化，以期为如何有效处理造纸废水提供支撑。1实验部分1.1实验装置本实验采用电解-水解-DMBR联合工艺处理模拟造纸废水。反应器由进水箱、电解池、水解酸化池和DMBR4个部分组成，水解酸化池内固定弹性填料。水解酸化池和DMBR池的有效容积分别为16.5L和33L。实验装置如图1所示。电解池和水解酸化池设有搅拌装置，DMBR反应器底部设有曝气盘并对池内进行曝气，DO值为2~3mg/L，污泥回流比为200%。水解酸化池和好氧池的水力停留时间（hy⁃draulicretentiontime，HRT）依次为为6h和18h。实验用接种污泥取自合肥市经开区国祯污水处理厂氧化沟好氧段内的活性污泥，闷曝24h后进入反应器开始驯化。污泥沉降性能良好，浓度为5000~6000mg/L。1.2实验水质实验用水为人工模拟造纸废水，采用腐殖酸、木质素、微晶纤维素、木聚糖、硅藻土、工业级葡萄糖、氯化铵、磷酸二氢钾和碳酸氢钠等混合后配水进入反应器，反应器进水水质见表1。项目DMBR色度/BCU206.04浊度/NTU153.4COD/(mg·L-1)1098.2NH3-N/(mg·L-1)7.2pH6.5~7.5表1动态膜生物反应器进水水质特性Table1TheinfluentqualitycharacteristicsofDMBR1.3水质参数分析测定实验所取水样为进水箱、电解池、水解酸化池、好氧池和出水，分别编号为1、2、3、4和5。在各采样点采取水样之后，将水样经过0.45μm的滤膜过滤之后在24h内完成水样水质分析。COD使用快速消解分光光度法测定；TOC使用LiquiTOC仪测定；UV-vis光谱使用UV-1950双束紫外可见分光光度计测定,扫描波长为190~600nm,扫描间隔为1nm；分子量分布使用waters1525凝胶色谱仪测定，Ultrahydrogel凝胶色谱柱（5μm，4.6mm×250mm），柱温35℃，流速1.0mL/min,流动相为PBS缓冲液，检测器为waters2414，进样量为0.1mL；荧光光谱图使用日立F-7000荧光分光光度计测定,激发波长扫描范围为300~550nm，发射波长扫描范围为200~450nm；扫描速度为2400nm/min；狭缝宽度为5nm；带通：λEx为10nm，λEm为10nm。2结果与讨论2.1污水处理过程中污染物浓度的变化废水由进水箱经蠕动泵泵入电解池，经电解作用后COD和TOC的去除率分别为51.9%和52.3%。电解出水后废水进入水解酸化池，由图2可以看出，经水解酸化池处理后，COD和TOC均高于电解池出水，但上升幅度不大。这是由于水解酸化池内有大量的水解酸化菌和产酸细菌，不溶性有机物经水解酸化菌水解作用后转化为DOM[9，10]。同时，难生物降解的大分子物质经水解酸化池处理后被转化为可生物降解的小分子物质。因此，水解酸化池出水的COD和TOC值均会升高。水解酸化池出水后进入好氧池，经好氧池作用后，COD和TOC的去除率分别为82.7%和83.6%。这就说明了废水中原本的复杂有机物被分解成了简单、稳定的化合物，在好氧池内被微生物分解去除。反应器对COD和TOC的去除率分别为91.1%和89.6%。2.2污水处理过程中DOM的分子质量分布特征分析凌琪，等电解-水解-DMBR处理模拟造纸废水中DOM特性71第41卷图3为各采样点DOM的UV-vis光谱图。由图中可以看出，各采样点所采取的样品的波形较为相似，当λ＞450nm时，样品吸光度几乎都趋向于零。5个样品在200nm处都有一个最大的吸收峰，查阅文献表明，样品组分中含有单环芳香族或共轭双键类物质[11]。最大吸收峰的强度随着废水在处理过程中逐渐降低，且发生了一定的蓝移。同时，在UV-vis图谱中，E254/E365和275~295nm与350~400nm波段斜率之比（SR）可以用来表征DOM的分子质量大小。E254/E365越大，则水中的小分子比例越高；SR越高，DOM分子量越低，表明DOM被生物降解的反应活性越低[12]。由表2中可以看出，取样点1的E254/E365值为1.74，经电解法处理后该值增加为2.16，经水解酸化池处理后该值增加为2.58。这表明了造纸废水中大分子物质较多，经电解及水解酸化池处理后，难降解的大分子物质被转化为较易降解的小