SPG膜曝氣-基因工程菌生物膜反應(yīng)器處理阿特拉津廢水研究

發(fā)布：2021-03-01　點擊：1502

  膜曝氣-生物膜反應(yīng)器（MABR）是一種新型的膜-生物廢水處理工藝，在MABR中采用基因工程菌生物膜可以強化難降解污染物的生物去除. 本研究在SPG膜表面形成基因工程菌生物膜，運行SPG膜曝氣-生物膜反應(yīng)器（SPG-MABR）處理阿特拉津廢水，考察了氣壓、 掛膜生物量和液體流速對SPG-MABR運行性能的影響，以及基因工程菌生物膜的變化. 結(jié)果表明，提高氣壓可以增大透氧系數(shù)，從而提高阿特拉津和COD的去除速率以及復(fù)氧速率. 提高掛膜生物量能夠加快阿特拉津和COD的生物去除，但生物膜厚度增加使得氧傳質(zhì)阻力增大，復(fù)氧速率降低. 層流狀態(tài)下減小SPG-MABR中的液體流速，有利于污染物向生物膜擴(kuò)散傳質(zhì)，從而提高污染物去除速率. 氣壓為300 kPa、 生物量為25 g·m^-2、 液體流速為0.05 m·s^-1時，SPG-MABR反應(yīng)器對阿特拉津5 d的去除率可以達(dá)到98.6%. 在SPG-MABR運行過程中，基因工程菌生物膜呈現(xiàn)微生物多態(tài)化趨勢. 生物膜表面逐漸被其他微生物細(xì)胞覆蓋，基因工程菌分布減少，生物膜內(nèi)部仍以基因工程菌細(xì)胞為主. 

膜曝氣-生物膜反應(yīng)器(membrane aerated biofilm reactor，MABR)將膜技術(shù)與生物膜技術(shù)相結(jié)合，逐漸成為水處理工藝研究的熱點之一. MABR反應(yīng)器中膜外表面附著生長生物膜，膜內(nèi)腔為壓縮氧氣或空氣，氣相中的氧通過膜孔擴(kuò)散進(jìn)入生物膜，在生物膜內(nèi)完成污染物的去除. MABR反應(yīng)器采用無泡曝氣，氧直接以分子狀態(tài)擴(kuò)散進(jìn)入生物膜，傳質(zhì)液膜阻力可以忽略，傳質(zhì)效率高，因而MABR反應(yīng)器可以獲得接近100%的極高氧利用效率. 同時，MABR反應(yīng)器中生物膜異向傳質(zhì)，底物和氧的濃度梯度方向相反，有助于實現(xiàn)處理功能活性層化，從而具有去除有機(jī)污染物和同步硝化反硝化脫氮功能。

目前，MABR中用于曝氣的膜材料主要有3類：微孔膜、 致密膜和復(fù)合膜，此外還有采用可透氣性織物或陶瓷膜進(jìn)行無泡曝氣的報道. SPG(shirasu porous glass)膜是一種具有均勻微小孔徑的無機(jī)玻璃微孔膜，在產(chǎn)生微氣泡過程中得到應(yīng)用，也可以作為一種可能的膜材料應(yīng)用于MABR反應(yīng)器，但目前未有相關(guān)的研究報道.

基因工程菌應(yīng)用于生物強化可以有效去除難降解污染物，加速處理啟動過程，提高系統(tǒng)抗沖擊能力，增強微生物群落結(jié)構(gòu)及功能的穩(wěn)定性. 生物膜中細(xì)胞接觸頻率高，降解基因在生物膜中的遷移頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液相環(huán)境. 運行膜曝氣-基因工程菌生物膜反應(yīng)器有利于降解基因在生物膜內(nèi)的水平遷移，從而改善生物強化效果及其穩(wěn)定性.

阿特拉津是世界上用量最大的除草劑，環(huán)境殘留嚴(yán)重，生態(tài)風(fēng)險較高，且廢水排放不當(dāng)會污染水源并危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn). 傳統(tǒng)生物處理過程對阿特拉津的處理效果較差，而采用基因工程菌生物強化可以有效提高阿特拉津生物去除效率. 本研究在SPG膜表面形成基因工程菌生物膜，運行SPG膜曝氣-生物膜(基因工程菌)反應(yīng)器(SPG-MABR)處理阿特拉津廢水，考察了不同運行條件下SPG-MABR中基因工程菌生物膜對阿特拉津的生物強化去除效果，并探討了SPG-MABR的氧傳質(zhì)能力以及生物膜傳質(zhì)阻力和生物活性對氧傳質(zhì)能力的影響，以期為難降解廢水提供一種新的生物強化處理技術(shù). 

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