MBBR对制药废水中SMP的去除研究

摘 要：SMP是废水深度处理的主要污染物质，直接影响到废水处理效率以及出水水质。本试验以某制药废水的二级生化出水为研究对象，通过对MBBR进出水中SMP的浓度变化，研究了MBBR对制药废水中SMP的处理效果，并对能够影响到制药废水中SMP去除效果的温度t、pH值以及溶解氧Do进行了分析。

关键词：SMP；MBBR；温度；pH；溶解氧

SMP，溶解性微生物产物，是废水生化处理过程中溶解性有机物（DOM）的主要成分，由多糖、蛋白质、腐植酸以及富里酸的物质复合而成，是废水深度处理的主要污染物质，直接影响到废水处理效率以及出水水质。从生物学的角度来讲，SMP是由微生物通过从外源底物获得电子或碳源，经新陈代谢而最终形成的微生物聚合体，具有成分复杂、分子量分布范围广、可生化性差以及重金属螯合性性强等显著特点；从组成成分的角度来讲，Namkung等将该类物质划分为与基质利用相关型产物（英文简称UAP）、与生物生长相关型产物（英文简称BAP）两类，具体SMP的形成过程，如图1所示。

MBBR，移动床生物膜反应器，是一种新型复合生物膜反应器，最初由挪威Kaldnes Mijecpteknogi公司与SINTEF研究机构于1988年联合开发而成[1]，其基本原理是向MBBR反应器中投加比重接近于水的悬浮填料，并人工创造出有利于好氧、厌氧以及兼性微生物生长的温度、pH、溶解氧以及无机营养，并配以适宜的水力停留时间，利用附着有大量生物膜的悬浮填料在混合液内的自由移动，使得生物膜与污水的有效接触，经过吸附、氧化多重作用，最终实现对污水的净化处理[2]。MBBR在继承了传统生物膜反应器耐冲击负荷强、污泥龄长以及剩余污泥量少等优点的同时；兼具有传统活性污泥法处理效果的高效性、运行模式的灵活性等特点；此外，MBBR还克服了固定床生物膜反应器在技术问题上存在的需定期进行冲洗、反冲洗以及更换曝气器的弊端，在生活污水、工业废水以及垃圾渗滤液治理方面均取得了较好的处理效果。

国内外有关传统污泥法以及膜生物反应器应用于废水中SMP的治理研究较多[3]，而将MBBR应用于对废水中SMP的治理研究却较少，尤其是将MBBR应用于对制药废水中SMP的治理研究更有是少之又少。为了了解制药废水中SMP的相关特性以及MBBR对药废水中SMP的处理效果，本试验确定以某制药废水的二级生化出水为研究对象，通过对MBBR进出水中SMP的浓度变化（以蛋白质与多糖的浓度和进行表征[4，5]）的考察，来研究MBBR对制药废水中SMP的处理效果，并对MBBR最佳运行参数进行了探讨，以期为MBBR处理制药废水中SMP的优化运行提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验装置

本试验装置材质为有机玻璃，呈圆柱体结构：直径D为15cm，高度H为75cm，有效容积约10L。该装置配有取样口两个，进水口、出水口各一个，采取蠕动泵加压及调频供水，出水采取溢流泄水的方式。本试验装置实物图与结构示意图分别如图2、图3所示。

1.2 检测方法

本试验所采用的水质检测方法均参照《水和废水监测分析方法（第四版）》规定的标准方法。

2 结果与讨论

2.1 温度对SMP去除效果的影响

如图4所示，为了考察温度t对MBBR去除制药废水中SMP的影响，本试验的开展划分为四个阶段进行：在试验开始的前10天，即试验的调整期，MBBR对于制药废水中SMP的去除率在10～30%范围内，SMP的去除效果波动较大，这是由在调整期，MBBR中仅有较少的微生物量，微生物细胞数目不增加或增加速度非常缓慢，同时在该阶段微生物对外界条件的突然变化非常敏感等原因造成的；在试验的10～20天，通过水浴装置将试验反应温度控制在了10～20℃范围内，MBBR对于制药废水中SMP的去除率为20～25%，SMP的去除效果较差，这是因为较低的制药废水温度限制了微生物细胞内代谢酶的活性，微生物的生化反应速率降低，不利于SMP的降解；在试验的20～30天，水浴温度上升到20～30℃范围内，微生物细胞内酶的活性提高，细胞膜的流动性加大，微生物代谢旺盛，有利于对SMP的吸收降解，MBBR对于制药废水中SMP的去除效果有了较大的提高，SMP的去除率达到了60～65%；在试验的30～40天，水浴温度继续上升到了30～40℃范围内，微生物细胞内的重要组成物质（蛋白质、核酸等）发生了不可逆性的破坏，制药废水温度超过了微生物的最适温度，导致了微生物的裂解以及内源呼吸速率的加大，MBBR对于制药废水中SMP的去除效果明显下降，SMP的去除率仅为25～30%；综上所述，为了实现MBBR对于制药废水中SMP的有效去除，建议将制药废水温度控制在20～30℃范围内。

2.2 pH值对SMP去除效果的影响

如图5所示，为了考察pH值对MBBR去除制药废水中SMP的影响，本试验的开展划分为四个阶段进行：在试验开始的前10天，即试验的调整期，MBBR对于制药废水中SMP的率在15～30%范围内，SMP的去除效果波动较大，这是因为MBBR中微生物需要对制药废水的水环境有一个适应期；在试验的10～20天，通过缓冲溶液将制药废水的pH值控制在了4～6范围内，MBBR对于制药废水中SMP的去除率约为20～40%，SMP的去除效果较差，这是因为较低的制药废水pH值，一方面限制了微生物细胞内代谢酶的活性以及细胞膜的渗透性，从微生物代谢方面限制了MBBR对制药废水中SMP的去除，另一方面，较低的pH值限制了MBBR中菌胶团的生长，原生动物大部分消失，而丝状菌等真菌类微生物大量繁殖，严重影响了MBBR的泥水分离以及出水水质[6]；在试验的20～30天，通过缓冲溶液将pH值调整到6～8范围内，微生物细胞内酶的活性提高，细胞膜的渗透性加大，微生物代谢旺盛，有利于对SMP的吸收降解，MBBR对于制药废水中SMP的去除效果有了较大的提高，SMP的去除率达到了65～70%；在试验的30～40天，继续调整制药废水pH值到8～10范围内，制药废水pH值超过了微生物的最适pH值，微生物细胞内的代谢酶的活性以及细胞膜的渗透性显著下降，制药废水中原生动物的活性受到抑制，菌胶团解体，严重影响了MBBR对于制药废水中SMP的去除效果，SMP的去除率仅为20～30%；综上所述，为了实现MBBR对于制药废水中SMP的有效去除，建议将制药废水pH值控制在6～8范围内。

2.3 溶解氧Do对SMP去除效果的影响

如图6所示，为了考察溶解氧Do对MBBR去除制药废水中SMP的影响，本试验的开展划分为四个阶段进行：在试验开始的前10天，即试验的调整期，MBBR对于制药废水中SMP的去除率在15～30%范围内，SMP的去除效果波动较大，这是因为在适应期，MBBR中微生物需要对制药废水的水质变动非常敏感；在试验的10～20天，通过气体流量计将制药废水的溶解氧Do控制在了2～4mg/L范围内，MBBR对于制药废水中SMP的去除率约为20～40%，SMP的去除效果较差，这是因为较低的溶解氧Do降低了制药废水中微生物的生长速率，延长了MBBR的挂膜时间，与此同时，较低的溶解氧Do促进了丝状菌的大量繁殖，这些丝状菌附着在悬浮填料的表面，进一步降低了MBBR对制药废水中SMP的去除效果；在试验的20～30天，将溶解氧Do的浓度调整到4～6mg/L范围内，制药废水曝气强度适中，能够满足挂膜微生物的生长规律以及生活习性，MBBR中生物膜结构正常、污泥絮凝沉降性能良好，与此同时，适度的曝气强度又为制药废水提供了一个良好的紊流条件，有利于制药废水中SMP、挂膜微生物以及溶解氧Do的充分接触，进一步提高了MBBR对制药废水中SMP的去除效果，SMP的去除率高达75～80%；在试验的30～40天，继续调整制药废水的溶解氧Do浓度到6～8mg/L范围内，制药废水溶解氧Do超过了微生物的最适浓度，MBBR中水流速度增大、填料间碰撞作用加强，使得生物膜与填料间的附着力减弱，降低了MBBR对制药废水中SMP的去除效果，SMP的去除率仅为20～30%；综上所述，为了实现MBBR对于制药废水中SMP的有效去除，建议将制药废水溶解氧Do浓度控制在4～6mg/L范围内。

参考文献

[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.移动床生物膜反应器启动过程实验研究[D].广东工业大学，2011.

[3]齐庚申，陈谊，等.膜生物反应器中贫营养条件下SMP的产出研究[J].环境科学与技术，2010，33（2）：53-56.

[4]宋轩，张利红.有机废水生物处理系统中SMP的形成及特性[J].科技创新导报，2008，27：126-128.

[5]严杰能，许燕滨，段晓军，等.EPS的提取与特性分析研究进展[J].科技导报，2009，27（20）：106-110.

[6]刘媛.MBBR处理城镇污水的基础研究[D].西安建筑科杖大学，2007.

作者简介：单博（1982-），男，工程师，主要从事污水处理、建筑给水排水相关研究。