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生物资源技术
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PAC剂量在中试规模PAC-MBR处理微污染地表水中的影响
胡静怡a，冉尚a，邓慧萍 b,，Sebastiaan G.J. Heijman a， Luuk C. Rietveld a
a代尔夫特理工大学，P.O。Box 5048,2600 GA Delft，荷兰
b同济大学长江水环境教育部重点实验室，上海200092
强调
用PAC修改的中试规模的MBR用于处理微污染的地表水。 污染物更高在2 g / L PAC-MBR中获得去除和持续的膜通量。 小分子量有机物质对2 g / L PAC-MBR处理是难以处理的。
在连续运行21天后，PAC需要在2 g / L PAC-MBR中更新。
文章 信息
文章历史： 摘要：
于2013年10月9日收到 为解决水资源短缺问题并推进传统饮用水处
于2013年12月6日收到修订后的表格 理技术，提出了一种粉状活性炭修正膜生物
接受2013年12月11日 反应器（PAC-MBR）用于微污染地表水处
关键词：MBR 理。通过最初向MBR中加入不同量的PAC进
微污染的地表水 行中试规模研究。比较结果表明，在0,1,2
最佳剂量 和3 g / L PAC-MBR中，2 g / L在有机物
PAC 和氨去除以及膜通量可持续性方面表现最佳。与非PAC系统相比，1 g / L PAC-MBR在污染物去除方面略有改善。3 g / L PAC-MBR的大量混合物中有机物的积累导致比较结果表明，在0,1,2和3 g / L PAC-MBR中，2 g / L在有机物和氨去较差的有机物去除和较严重的膜污染。2 g / L PAC-MBR中散装液体的分子量分布揭示了PAC吸附/生物降解和膜排斥对有机物去除的协同作用。另外，在21天的操作中可以确保较大量的可溶性细胞外聚合物物质。
2013 Elsevier Ltd.保留所有权利。
1、简介
由于过去几十年来工业的快速发展，越来越多的污染物被排放到接收地表水中而没有经过充分的处理，这对饮用水源的质量造成了巨大的威胁。 这种受污染的地表水被称为微污染地表水（MPSW）。 通常，它含有低于10 mg / L的化学需氧量CODMn，其中有机碳和氨是主要污染物（Sagbo等，2008）。 最近，膜生物反应器（MBR）作为一种先进技术已经在MPSW治疗中得到广泛普及（Ma et al。2012,2013; Tian et al。，2008），基于以下几个方面：
- 生物降解有利于去除MPSW中的主要污染物，如氨（Li et al。，2006; Xu et al，2007）;
- MBR系统中的膜排斥提供了阻止微生物渗入产品水的屏障（Oh et al，2007;Tian et al，2009），它提供具有理想质量的生物稳定的水。
然而，由于与MPSW相关的寡营养条件，优选额外的材料来富集污染物并用作更好的微生物群落形成的载体。 粉末活性炭（PAC）是具有显着表面积的商业多孔吸附剂，其似乎是用于上述目的的最合适的材料。 在PAC修正的MBR（PAC-MBR）系统中，生物耐火物质可以通过PAC吸附消除（Liu et al，2005）。 因此，同时吸附和生物降解而不是单一的生物过程反映了PAC-MBR系统的优势（Ng等，2013）。 此外，通过改变本体混合物中的絮凝物特性和降低污垢浓度，已经证明PAC添加剂对于改善膜过滤性是有益的（Le-Clech等，2006）。
虽然PAC-MBR混合技术已经对MPSW处理进行了很好的研究（Ma等，2012,2013; Tian等，2008），但这些实验大多是在实验室规模上使用合成或模拟地表水设计的，这可能不是正确代表实际的PAC-MBR应用程序。 在该研究中，在现场MPSW的凝固处理之后启动中试规模的MBR。这种做法旨在作为MBR（或PAC-MBR）在饮用水处理设施中替代传统介质过滤的示范。具体地，比较了不同PAC剂量下的MBR性能（例如有机物，氨去除和膜通量可持续性），以便为全面应用鉴定全面最佳的PAC剂量。 此外，分析了最佳剂量PAC-MBR中的本体混合物，以便更好地理解系统中的操作性能。
2、方法
2.1.MBR设置和操作
实施了中试规模的MBR装置，其工作体积为4000 L（1.8 m 1.2 m，长度，宽度和高度为2.4 m）。如图1所示，在MBR中安装71片超滤（UF）平板聚偏二氟乙烯膜（Peier，Jiangsu Lantian Co.，Ltd.，China）; 每个UF膜片的有效表面积为1平方米。根据制造商的说法，这种超滤膜的孔径大约为0.1流明。流入MBR的流速始终固定在1200L / h，这相当于MBR中3.3h的水力停留时间（HRT）。空气扩散器安装在MBR的底部，为微生物生长和PAC悬浮养殖提供氧气。气流速率为6立方米/小时，其设计用于冲洗沉积物污垢并在膜表面上确保相对动态的层。在渗透泵（WILO，Germany）提供的0.1MPa（1巴）的恒定压力下间歇地获得膜渗透物（流出物）。此自动泵采用了开/关时间比为8：2 min的抽吸模式，该模式由程序逻辑控制器（PLC）自动控制。在每个系统的整个运行期间，MBR中没有PAC或污泥被排出。
2.2.实验材料和分析方法
首先将平均粒度为70mu;m的PAC以0g / L（无PAC），1,2和3g / L添加到MBR中。在连续操作1个月内对每个PAC-给药系统进行了研究。为了开始下一个PAC-MBR，将先前MBR中的大量混合物排干，并通过浸泡在稀释的NaClO（0.1％）和HCl（0.5％）溶液中来清洁膜，直到超过90％的清洁水通量为止。研究的MPSW采用合适的潜水泵直接从当地曹娥江（中国浙江省上虞市）的主干道采样。必须指出的是，这个现场MPSW的质量根据降雨量，季节变化和上游排放活动而有所不同。因此，凝结剂（聚氯化铝）剂量每日调整至MPSW，以保持PAC-MBR系统的相对稳定的流入物质量。每个研究的PAC-MBR的流入物的详细水质参数总结在表1中。
对于分析方案，遵循中国国家环境保护局标准方法（Chinese-EPA，2002）。
CODMn由高锰酸钾（KMnO4）量化
氧化法。 使用分光光度计（T6 New Century，Beijing，China）通过比色法测定NH 4 -N NO 2 -N和NO 3 -N，其也用于254nm（UV254）测量的超紫外吸光度。在分析之前，通过0.45-lm注射器过滤器（Whatman，USA）过滤所有水样。 通过聚醚砜超滤膜过滤分离MBR混合物中所研究的大量液体以描述有机分子量分布（MWD）。 在搅拌池装置（Amicon 8050，Millipore，USA）中使用具有1,3,10和30kDa的可变分子量截止值的膜盘（Millipore，USA）。基于CODMn值的质量平衡计算每个分数相对于整个体积的百分比。 根据先前的程序（Chang和Lee，1998）对本体混合物中的可溶性EPS和结合的EPS进行分化和提取。 分别采用Lowry法和苯酚 - 硫酸法对可溶性EPS和结合EPS中的蛋白质和多糖进行定量分析（Dubois等，1956; Lowry等，1951）; 以牛血清白蛋白和葡萄糖为标准，在蛋白质分析中考虑了腐殖质的干扰。
图1.中试规模PAC-MBR系统的示意图。 （1）MPSW; （2）给水泵; （3）凝固剂加药点; （4）沉淀池; （5）水流量计; （6）PAC给药点; （7）PAC-MBR; （8）平板膜; （9）空气扩散器; （10）放电点; （11）水位传感器; （12）气流计; （13）鼓风机; （14）渗透泵; （15）PLC; （16）渗透罐。
|
Table 1 |
|||||
|
每个PAC-MBR系统的进水水质。 |
|||||
|
参数 |
0 g/L |
1 g/L |
2 g/L |
3 g/L |
|
|
PAC–MBR |
PAC–MBR |
PAC–MBR |
PAC–MBR |
||
|
CODMn (mg/L) |
1.17–4.12 |
1.56–3.80 |
1.51–4.02 |
2.41–3.59 |
|
|
(2.76)a |
(2.91) |
(2.86) |
(3.03) |
||
|
UV254 (cm 1) |
0.024–0.053 |
0.024–0.044 |
0.026–0.061 |
0.030–0.058 |
|
|
(0.040) |
(0.037) |
(0.043) |
(0.045) |
||
|
NH4thorn;-N (mg/L) |
0.86–3.33 |
0.96–2.16 |
0.95–3.17 |
0.95–3.11 |
|
|
(1.56) |
(1.37) |
(1.29) |
(1.28) |
||
|
浊(NTU) |
4.86–27.1 |
5.92–27.4 |
6.67–35.9 |
5.69–28.3 |
|
|
pH |
6.62–7.72 |
7.33–7.71 |
6.92–7.72 |
7.36–7.58 |
|
|
温度 (LC) |
22–16 |
22–12 |
14–8 |
14–7 |
|
a Mean value.
结果与讨论
3.1.不同PAC剂量下MBR的操作性能
3.1.1. PAC用量对有机物去除的影响
CODMn是KMnO4可被氧化的还原性物质的量度，它被广泛接受作为饮用水领域总有机质的替代参数（Tian等人，2010）。在四个研究的系统之间，CODMn的去除率差异很大（图2（a））。在0 g / L PAC-MBR中，CODMn去除率从0％稳定增加到30％，而在PAC给料系统（1,2和3 g / L PAC-MBR）中，去除效率高达50在
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