1、 2 0 2 3年1月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y第2 5卷 第2期收稿日期:2 0 2 2-1 1-2 2作者简介:沈彩虹(1 9 8 0-),女,硕士,工程师,研究方向为环境工程。平平板板膜膜生生物物膜膜反反应应器器降降解解DDMM SS实实验验研研究究沈彩虹1,王震文2(1.中船第九设计研究院工程有限公司,上海2 0 0 0 9 0;2.上海泓济环保科技股份有限公司,上海2 0 0 4 3 3)摘要:挥发性有机硫化物(V O S C s)有着非常低的嗅阈值,且有较强的毒性及腐蚀性。分析了平板
2、膜生物膜反应器(MB f R)降解二甲基硫(DM S),并考虑了甲醇对于反应器性能的影响。结果表明:在循环营养液没有添加甲醇的情况下,反应器的最大去除能力(E C v,m a x)仅为6 5gm-3h-1(D E为2 5%),但依旧好于其他传统生物过滤器和生物滴滤器。此外,在循环营养液中适量地添加甲醇,可以有效地提升反应器的性能:当甲醇的浓度达到1 0 0 0m g/L时,反应器的E C v,m a x提升至1 1 9gm-3h-1(D E为4 3%);但进一步提升甲醇的浓度,反而抑制了反应器的性能。结果还表明:DM S/甲醇的最佳配比为1 5 0 0m g/Nm3/1 0 0 0m g/L。
3、因此,MB f R有着很好前景的技术,且在优化比率下可以用于处理复合污染物。关键词:生物过滤;膜生物膜反应器(MB f R);挥发性有机物(V O C s);DM S中图分类号:X 7 8 0 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-9 9 4 4(2 0 2 3)0 2-0 1 8 6-0 6E x p e r i m e n t a l S t u d yo nD e g r a d a t i o no fD i m e t h y l S u l f i d e i naF l a tP l a t eM e m b r a n eB i o f i l mR e a c t o r
4、S h e nC a i h o n g1,W a n gZ h e n w e n2(1.C h i n aS h i pB u i l d i n gND R IE n g i n e e r i n gC o.,L t d.,S h a n g h a i2 0 0 0 9 0,C h i n a;2.S h a n g h a iH o n e s sE n v i r o n m e n t a lT e c h n o l o g yC o.,L t d.,S h a n g h a i2 0 0 4 3 3,C h i n a)A b s t r a c t:V o l a t
5、i l eo r g a n i cs u l f u rc o m p o u n d s(VO S C s)h a v ev e r yl o wo d o r t h r e s h o l dv a l u e sa n da r et o x i ca n dc o r r o s i v e.I nt h i ss t u d y,r e m o v a l o fd i m e t h y l s u l f i d e(DM S)v a p o u r s i nam e m b r a n eb i o f i l mr e a c t o r(MB f R)a n dt h
6、 ee f f e c to f t h ep r e s e n c eo fm e t h a n o l i s r e p o r t e d,a n dam a x i m u me l i m i n a t i o nc a p a c i t y(E C v,m a x)o f 6 5gm-3h-1w a so b s e r v e dw i t h o u tm e t h a n o l a d d i t i o n i nt h ec i r c u l a t i n gn u t r i e n t s o l u t i o n.B u t i tw a s s
7、 t i l l s u-p e r i o r t oo t h e rc o n v e n t i o n a lb i o f i l t e r so rb i o-t r i c k l i n gf i l t e r s.I na d d i t i o n,t h ep e r f o r m a n c eo ft h er e a c t o rc o u l db ee f f e c t i v e l y i m p r o v e d,i f a p p r o p r i a t ea m o u n tm e t h a n o lw a sa d d e d
8、t o t h ec i r c u l a t i o nn u t r i e n t s o l u t i o n.I tw a so b s e r v e d t h eE C v,m a xo fDM Sr e a c h e du p t o1 1 9gm-3h-1a tm e t h a n o l d o s eo f 1 0 0 0m g/L.H o w-e v e r,t h ep e r f o r m a n c eo ft h er e a c t o rw a si n h i b i t e d,w h e nt h ec o n c e n t r a t
9、i o no fm e t h a n o lw a sf u r t h e re n-h a n c e d.T h er e s u l td e m o n s t r a t e d t h eb e s t r a t i oo fDM St om e t h a n o lw a s 1 5 0 0m g/Nm3t o1 0 0 0m g/L.T h u s,MB f Ri sap r o m i s i n gt e c h n o l o g ya n dc a nb eu s e df o rt h et r e a t m e n to fm i x t u r eo f
10、c o m p o u n d so p e r a t e du n d e ro p t i m u mr a t i o s.K e yw o r d s:b i o f i l t r a t i o n;m e m b r a n eb i o f i l mr e a c t o r(MB f R);v o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d s(VO C s);DM S1 引言挥发性有机硫化合物(VO S Cs)如二 甲基硫醚(DM S)、甲硫醇(CH3S H)、二甲基二硫(CH3S S CH3)和二硫化碳(C S2)等,其在废气中的浓
11、度往往超出他们的气味阈值,并在周边地区造成气味滋扰1。当化合物具有可生化性和低浓度时,相比物理法和/或化学法VO Cs控制技术而言,生物法废气治理是一个具有吸引力和有利的替代方案2,3。生物控制技术的优势包括成本适中、运行成本低、能源需求低,以及无需进一步处理或处置的废物产生,正获得普遍的关注4,5。常见的生物处理反应器的主要种类包括生物过滤器、生物滴滤器和生物洗涤器6,7。然而,它们有着许多局限性,诸如占地面积大,由于生物膜过剩增长引起的堵塞,或者是VO C波动而引起的出口浓度过高8。近年来,报道了大量的新式生物反应器4,膜生物膜反应器(MB f R)作为其中的一种,也受到了密切的关注9。文
12、献中报道用于处理VO C s废气的膜类型包括致密膜、微孔膜以及复合膜,常用的材料有聚丙烯(P P)、聚偏氟乙烯(P V D F)以及聚砜(P S)等,涉及到681DOI:10.16663/ki.lskj.2023.02.009 沈彩虹,等:平板膜生物膜反应器降解DM S实验研究环境与安全的反应器类型则包括平板式、管式、毛细管式以及中空纤维式等1 0,1 1。本文采用结构简单的平板膜生物膜反应器降解低浓度DM S,并考察了在循环营养液中添加适量的甲醇对于反应器性能的影响。2 材料及方法2.1 材料及工艺流程本次试验中所用反应器如图1所示,反应器通过2块完全相同的透明有机塑料平板以及平板膜所组成。
13、其中一块板中设有进气口和出气口,而另一块设有进液口和出液口。内部则设有一段敞口长方形凹槽,凹槽封闭区域内设有数条挡板。2块平板的凹槽区域面面相对夹住平板膜,采用螺母、螺帽固定,2块平板和平板膜构成了2个封闭区域。平板膜的致密层附着生长活性生物膜,营养液通过进液口和出液口在其中一个封闭区域内循环流动,DM S气体则通过进气口和出气口再另一个封闭区域内流动。试验中的生物膜采用某化工学院污水处理厂的好氧池活性污泥挂膜驯化而来,附着在平板膜的致密侧。DM S气体进入生物反应器与平板膜的支撑层接触、吸附,膜壁上有很多微孔,在浓度梯度的驱使下,DM S分子依次通过膜的支撑层、致密层,传质至生物相,进而被生
14、物膜中的微生物降解为H2O、C O2等,部分未降解但溶解于循环液中的DM S在液体中继续进行生物降解,从而使DM S废气得到净化。图1 平板MB f R的示意 试验采用动态配气法配置一定浓度污染物气流1 2,即用气泵将液态污染物所挥发的气态污染物带入混合瓶中,与大量空气混合均匀。由于VO Cs污染物浓度极低,所以其中氧气浓度接近其空气中比例。随后,人造VO Cs废气进入缓冲瓶(防止反应器内液体倒灌),并最终在平板膜生物膜反应器内降解后,排入大气。潜水泵将水槽内的营养液泵入反应器进液口。出液口流出的营养液回到水槽,反复循环。具体工艺流程如图2所示。一般7d左右更新营养液。图2 平板MB f R降
15、解空气中V O C s实验装置2.2 驯化及挂膜接种试验中生物相采自污水处理厂好氧池。污泥简单过滤后闷曝1 d,然后在营养液内富集数天。营养液中包含无机盐KNO3:1 0.7 2g/L、KH2P O4:3.0 0g/L、K2H P O4:3.0 0g/L、M g S O47 H2O:0.5 0g/L、F e S O47 H2O:0.0 1g/L,并添加H3B O3、M n C l24 H2O、C o C l26 H2O、Z n C l2、N i C l26 H2O、C u C l22 H2O、N a M o O42 H2O以及E D T A等 痕量元素。富集期间定量投加碳源(DM S)。将富集
16、驯化获得的微生物和新鲜营养液按一定比例混合后放入水槽,由潜水循环水泵泵入平板膜生物膜反应器,进行循环挂膜。期间 用N a2C O3维 持 循 环 营 养 液 的p H值 在6.57.5之间,维持循环营养液的溶解氧在6.08.0m g/L之间。试验中气相与液相流动方向相反,并在反应器中液相进口处连接一台空气泵,空气泵一般处于关闭状态,只按试验设计要求工作(图2)。2.3 分析方法采用气相色谱法分析污染物DM S的质量浓度。色谱型号A g i l e n t 6 8 9 0 N,F I D检测器,H P-5毛细管781 2 0 2 3年1月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第2期柱,规格为3 0m0.3 2mm0.2 5m。色谱条件为:柱 温4 0,气 化 室 温 度2 0 0,检 测 器 温 度2 5 0;载 气:N2,柱 内 流 速7 m L/m i n;燃 气:H2,4 0m L/m i n;助 燃 气:空 气,4 0 0 m L/m i n;尾 吹:3 5m L/m i n
