缓释微量元素悬浮载体的制备及对印染废水处理的研究

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目前对印染废水生物处理方法的应用主要为活性污泥法,而移动床生物膜反应器(MBBR)具有对废水水质和水量的变化适应性强、生物量多、无污泥膨胀、处理效率高、占地面积小等特点受到普遍关注。悬浮载体是MBBR工艺的核心部分,本研究针对印染废水水质缺乏微生物生长所需微量营养物质的特点,利用聚合物熔融共混改性技术开发了一种可缓释微量元素的新型悬浮生物膜载体,该载体能够持续供给适宜浓度活性微生物代谢所必需的微量元素,从而促进生物膜的生长繁殖和新陈代谢等生理活动,进而产生更多种类的特异性酶来降解印染废水中的污染物,提高废水处理效率。具体制备及试验结果如下:(1)利用正交试验设计制备9种不同基材配比的载体,综合对比选出6#配方HDPE/PLA/E-BA-GMA/PEG(60/15/1.6/4)制备的载体,其密度、亲水性接触角、比表面积、抗拉伸强度、抗缺口冲击强度和可降解年限分别为0.968 g/cm3、75°、385 m2/m3、37 MPa、51 J/m和7.13年,满足悬浮载体制备的要求,选取并进一步制备缓释微量元素悬浮载体。(2)采取6#载体制备配方来负载ZnSO4开发制备可缓释微量元素Zn悬浮载体,通过XRD和FT-IR材料表征表明HDPE/PLA/E-BA-GMA/PEG/ZnSO4基材熔融共混时相互之间未发生化学反应,材料性能稳定。不同缓释微量元素Zn的悬浮载体缓释特性与ZnSO4的负载量呈正相关,在印染废水中各载体Zn元素的扩散模型可用Power law model(?)来进行拟合,且符合Fickian扩散机制。其中ZnSO4质量份数占比为13 wt%的载体(K-13),Zn的缓释量较接近目标微生物需要量的最佳浓度为0.32±0.02mg/L。对该新型缓释微量元素Zn载体的制备成本进行初步的估算,约为2442.18元/m3。(3)模拟实际印染废水处理厂曝气池操作运行条件,在启动阶段HRT=24h、pH=8.0±0.5、DO=23 mg/L、T=32±2℃的条件下,填充K-13载体的反应器(2#)生物膜的增长速率是填充普通载体反应器(1#)的1.5倍,稳定后生物膜量多约0.5 g/L。2#反应器稳定后COD去除率可达68%,比1#反应器高约8%。2#反应器对NH3-N和TN的去除率可分别达到78%和70%,较1#反应器均高8%左右。生物膜上Zn含量满足《城镇污水处理厂污泥泥质》(GB 24188-2009)规定的Zn排放量<4 mg/g干污泥的要求,出水中Zn浓度的含量在反应器运行3d后满足《城镇污水水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中规定的限值0.1 mg/L。(4)K-13载体成熟生物膜EPS中蛋白质(PRO)比普通载体高约10 mg/g SS,多糖(PS)高5 mg/g SS,DHA高约80μg TPF/g。普通载体生物附着主要以球菌为主,K-13载体上的微生物形状则呈现出多样性,主要以短杆菌和球菌为主且膜层稠密。高通量测序进行分析普通载体和K-13载体微生物的有效序列分别为173个,209个OTUs。Shano,Simpson、Chaos 1和ACE指数在K-13载体生物膜上均高于普通载体。K-13载体对Clostridiaceae、Flavobacteriaceae、Rhodocyclaceae等科级微生物的生长有明显的促进作用。微生物相对丰度属水平热谱图发现Solibacteriales、Cellvibrionales、Cytophagales等微生物分别为对应科水平的微生物,表明微量元素Zn对这几类微生物生长具有明显的促进作用。综上所述,缓释微量元素Zn悬浮载体对优化MBBR工艺处理印染废水具有明显的优势,为现阶段印染废水处理厂稳定运行和升级改造提供了可行性的技术手段。
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