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，直接影響到廢水處理效率以及出水水質。本試驗以某制藥廢水的二級生化出水為研究對象，通過對MBBR進出水中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進行了分析。

關鍵詞：SMP；MBBR；溫度；pH；溶解氧

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

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

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

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

本試驗裝置材質為有機玻璃，呈圓柱體結構：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，進水口、出水口各一個，采取蠕動泵加壓及調頻供水，出水采取溢流泄水的方式。本試驗裝置實物圖與結構示意圖分別如圖2、圖3所示。

1.2 檢測方法

本試驗所采用的水質檢測方法均參照《水和廢水監測分析方法（第四版）》規定的標準方法。

2 結果與討論

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，本試驗的開展劃分為四個階段進行：在試驗開始的前10天，即試驗的調整期，MBBR對于制藥廢水中SMP的去除率在10～30%范圍內，SMP的去除效果波動較大，這是由在調整期，MBBR中僅有較少的微生物量，微生物細胞數目不增加或增加速度非常緩慢，同時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；在試驗的10～20天，通過水浴裝置將試驗反應溫度控制在了10～20℃范圍內，MBBR對于制藥廢水中SMP的去除率為20～25%，SMP的去除效果較差，這是因為較低的制藥廢水溫度限制了微生物細胞內代謝酶的活性，微生物的生化反應速率降低，不利于SMP的降解；在試驗的20～30天，水浴溫度上升到20～30℃范圍內，微生物細胞內酶的活性提高，細胞膜的流動性加大，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的去除率達到了60～65%；在試驗的30～40天，水浴溫度繼續上升到了30～40℃范圍內，微生物細胞內的重要組成物質（蛋白質、核酸等）發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，導致了微生物的裂解以及內源呼吸速率的加大，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，為了實現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。

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，本試驗的開展劃分為四個階段進行：在試驗開始的前10天，即試驗的調整期，MBBR對于制藥廢水中SMP的率在15～30%范圍內，SMP的去除效果波動較大，這是因為MBBR中微生物需要對制藥廢水的水環境有一個適應期；在試驗的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，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，這是因為較低的制藥廢水pH值，一方面限制了微生物細胞內代謝酶的活性以及細胞膜的滲透性，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中菌膠團的生長，原生動物大部分消失，而絲狀菌等真菌類微生物大量繁殖，嚴重影響了MBBR的泥水分離以及出水水質[6]；在試驗的20～30天，通過緩沖溶液將pH值調整到6～8范圍內，微生物細胞內酶的活性提高，細胞膜的滲透性加大，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的去除率達到了65～70%；在試驗的30～40天，繼續調整制藥廢水pH值到8～10范圍內，制藥廢水pH值超過了微生物的最適pH值，微生物細胞內的代謝酶的活性以及細胞膜的滲透性顯著下降，制藥廢水中原生動物的活性受到抑制，菌膠團解體，嚴重影響了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，為了實現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。

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，本試驗的開展劃分為四個階段進行：在試驗開始的前10天，即試驗的調整期，MBBR對于制藥廢水中SMP的去除率在15～30%范圍內，SMP的去除效果波動較大，這是因為在適應期，MBBR中微生物需要對制藥廢水的水質變動非常敏感；在試驗的10～20天，通過氣體流量計將制藥廢水的溶解氧Do控制在了2～4mg/L范圍內，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，這是因為較低的溶解氧Do降低了制藥廢水中微生物的生長速率，延長了MBBR的掛膜時間，與此同時，較低的溶解氧Do促進了絲狀菌的大量繁殖，這些絲狀菌附著在懸浮填料的表面，進一步降低了MBBR對制藥廢水中SMP的去除效果；在試驗的20～30天，將溶解氧Do的濃度調整到4～6mg/L范圍內，制藥廢水曝氣強度適中，能夠滿足掛膜微生物的生長規律以及生活習性，MBBR中生物膜結構正常、污泥絮凝沉降性能良好，與此同時，適度的曝氣強度又為制藥廢水提供了一個良好的紊流條件，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75～80%；在試驗的30～40天，繼續調整制藥廢水的溶解氧Do濃度到6～8mg/L范圍內，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，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，為了實現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。

參考文獻

[1]B. RUSTEN. Nitrogen Removal from Dilute Wastewater in Cold Climate Using Moving Bed Biofilm Reactors. Water Environment Research，1995，67（1）：65.

[2]廖榆敏.移動床生物膜反應器啟動過程實驗研究[D].廣東工業大學，2011.

[3]齊庚申，陳誼，等.膜生物反應器中貧營養條件下SMP的產出研究[J].環境科學與技術，2010，33（2）：53-56.

[4]宋軒，張利紅.有機廢水生物處理系統中SMP的形成及特性[J].科技創新導報，2008，27：126-128.

[5]嚴杰能，許燕濱，段曉軍，等.EPS的提取與特性分析研究進展[J].科技導報，2009，27（20）：106-110.

[6]劉媛.MBBR處理城鎮污水的基礎研究[D].西安建筑科杖大學，2007.

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