活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　橄欖油廢水是橄欖油生產過程中產生的廢水。該廢水是一種深紅黑色，中等酸性的液體，具有較高的電導率和較高的有機物含量。并且橄欖油廠廢水的另一個特點是其苯酚化合物含量高，其濃度范圍從0.5到24 g/L不等。由于在短時間內產生大量廢物，橄欖油廠廢水的處理和處置目前是橄欖油生產過程中較嚴重的環境問題之一。膜生物反應器技術的工業廢水處理中的應用是常見的，因為該方法能承受高有機負荷能力，并在獨特耐火基板[降解某些微生物群落其高特異性的。因此，也已被用于處理橄欖油廠廢水。在膜生物反應器中添加活性炭可以降低苯酚的毒性，因此可以提高系統的整體生物降解效率。重要的是，如上所述，活性炭對潛在有機污垢的吸附可以減少有機污垢和生物污垢的減少。因此，使用活性炭的膜生物反應器系統似乎是處理橄欖油廢水的好選擇。

　　添加活性炭后對橄欖油廢水中可溶性微生物組成的影響

　　為了檢驗活性炭改變可溶性微生物組成，使其對膜具有更高的親和力這一假設，通過GPC分析了構成可溶性微生物的有機分子的大小分布(圖1)。在第二次可溶性微生物運行結束時收集了可溶性微生物樣品(圖1b)，有趣的是，GPC色譜圖顯示了對照反應堆和活性炭加入反應堆之間的明顯差異。在活性炭反應器的可溶性微生物中，保留時間為24分鐘時，來自對照反應器的可溶性微生物的第一個峰顯著降低，而在活性炭反應器的可溶性微生物中，在28分鐘時觀察到峰的上升(圖1，分別是峰值a和b)。活性炭反應器的可溶性微生物中的37分鐘處的峰也升高(峰c)。可溶性微生物中某些有機化合物含量的變化(升高或降低)可能歸因于，由于微生物群落組成的變化或某些活性炭所觀察到的代謝活性增強，導致某些微生物產品的產生和分泌增加另外，或抑制進水橄欖油廢水中物質的降解。有機化合物對活性炭顆粒的吸附只會降低其在可溶性微生物中的外觀。由于吸附到活性炭上，可溶性微生物中某些成分的減少(如峰a所示)也有可能優先吸附其他成分，這些成分對通量的減少更不利，或者起膜調節前體的作用，這可能會增強生物膜的生長(例如峰b–d)。顯然，確定膜上有機污染物的身份是一項必不可少的任務，目前，尚不清楚不同可溶性微生物組分對膜污染的詳細影響以及它們被活性炭的吸附。

　　圖1：活性炭的添加到膜生物反應器對橄欖油廢水可溶性微生物組成的影響。

　　活性炭添加后生物膜形成的變化

　　為了分析由于在膜生物反應器中添加活性炭而導致生物膜形成增加的可能性，并進一步闡明活性炭反應器中膜性能下降幅度更大的原因，在第一個處理結束時進行了檢測(圖2A，B)。在比較兩個反應器之間生物膜結構的性質時，可以觀察到活性炭反應器通量下降的增加顯然與生物膜生長的幅度有關。在第一次膜生物反應器運行結束時從模塊上獲取的兩塊膜上生物膜的CLSM分析顯示，活性炭和對照反應器之間細胞的生物體積及其自相關EPS的差異很大(圖2)。當補充活性炭時，生物膜生長的升高支持了膜滲透性的更高降低，這是由可溶性微生物組分吸附的升高引起的，這可能會更好地調節膜表面，從而增強生物膜的形成。

　　圖2：活性炭加入膜生物反應器對生物膜形成的影響。

　　由于添加了活性炭的膜生物反應器膜滲透性的更大降低可能歸因于活性炭顆粒，因此在第一個實驗結束時對結垢的膜進行SEM成像(圖3)。沒有觀察到來自活性炭和對照的生物膜形態的主要差異，并且在兩種情況下，均檢測到EPS基質中的包埋細胞。值得注意的是，從填充了活性炭的反應器收集的任何樣品中都未發現活性炭顆粒(圖3c，d)。因此，在活性炭反應器中跨膜壓力的升高和膜滲透性的更高降低不能歸因于活性炭顆粒對膜的物理阻塞。

　　圖3：活性炭添加膜生物反應器實驗結束時結垢膜的SEM成像。

　　對于橄欖油廢水的處理，測試了連續活性炭添加膜生物反應器對膜結垢的影響。結果表明活性炭的添加對過濾器中的DOC和BOD濃度幾乎沒有影響。但是，添加活性炭可以提高生物量的活性，與此同時，反應器中有機分子的分子量分布也發生了變化。觀察到源自活性炭添加的膜生物反應器的可溶性微生物的溶解的有機樣品的吸附顯著提高。值得注意的是，膜生物反應器中的液懸浮固體暴露于活性炭可能是膜通透性降低的主要原因，這是在從MBR中收集到的可溶性微生物進行的獨立末端過濾實驗中觀察到的。因此，存在活性炭時增加的結垢很可能是膜生物反應器中一定比例的有機分子吸收率升高的結果。

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