活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　橄榄油废水是橄榄油生产过程中产生的废水。该废水是一种深红黑色，中等酸性的液体，具有较高的电导率和较高的有机物含量。并且橄榄油厂废水的另一个特点是其苯酚化合物含量高，其浓度范围从0.5到24 g/L不等。由于在短时间内产生大量废物，橄榄油厂废水的处理和处置目前是橄榄油生产过程中较严重的环境问题之一。膜生物反应器技术的工业废水处理中的应用是常见的，因为该方法能承受高有机负荷能力，并在独特耐火基板[降解某些微生物群落其高特异性的。因此，也已被用于处理橄榄油厂废水。在膜生物反应器中添加活性炭可以降低苯酚的毒性，因此可以提高系统的整体生物降解效率。重要的是，如上所述，活性炭对潜在有机污垢的吸附可以减少有机污垢和生物污垢的减少。因此，使用活性炭的膜生物反应器系统似乎是处理橄榄油废水的好选择。

　　添加活性炭后对橄榄油废水中可溶性微生物组成的影响

　　为了检验活性炭改变可溶性微生物组成，使其对膜具有更高的亲和力这一假设，通过GPC分析了构成可溶性微生物的有机分子的大小分布(图1)。在第二次可溶性微生物运行结束时收集了可溶性微生物样品(图1b)，有趣的是，GPC色谱图显示了对照反应堆和活性炭加入反应堆之间的明显差异。在活性炭反应器的可溶性微生物中，保留时间为24分钟时，来自对照反应器的可溶性微生物的第一个峰显着降低，而在活性炭反应器的可溶性微生物中，在28分钟时观察到峰的上升(图1，分别是峰值a和b)。活性炭反应器的可溶性微生物中的37分钟处的峰也升高(峰c)。可溶性微生物中某些有机化合物含量的变化(升高或降低)可能归因于，由于微生物群落组成的变化或某些活性炭所观察到的代谢活性增强，导致某些微生物产品的产生和分泌增加另外，或抑制进水橄榄油废水中物质的降解。有机化合物对活性炭颗粒的吸附只会降低其在可溶性微生物中的外观。由于吸附到活性炭上，可溶性微生物中某些成分的减少(如峰a所示)也有可能优先吸附其他成分，这些成分对通量的减少更不利，或者起膜调节前体的作用，这可能会增强生物膜的生长(例如峰b–d)。显然，确定膜上有机污染物的身份是一项必不可少的任务，目前，尚不清楚不同可溶性微生物组分对膜污染的详细影响以及它们被活性炭的吸附。

　　图1：活性炭的添加到膜生物反应器对橄榄油废水可溶性微生物组成的影响。

　　活性炭添加后生物膜形成的变化

　　为了分析由于在膜生物反应器中添加活性炭而导致生物膜形成增加的可能性，并进一步阐明活性炭反应器中膜性能下降幅度更大的原因，在第一个处理结束时进行了检测(图2A，B)。在比较两个反应器之间生物膜结构的性质时，可以观察到活性炭反应器通量下降的增加显然与生物膜生长的幅度有关。在第一次膜生物反应器运行结束时从模块上获取的两块膜上生物膜的CLSM分析显示，活性炭和对照反应器之间细胞的生物体积及其自相关EPS的差异很大(图2)。当补充活性炭时，生物膜生长的升高支持了膜渗透性的更高降低，这是由可溶性微生物组分吸附的升高引起的，这可能会更好地调节膜表面，从而增强生物膜的形成。

　　图2：活性炭加入膜生物反应器对生物膜形成的影响。

　　由于添加了活性炭的膜生物反应器膜渗透性的更大降低可能归因于活性炭颗粒，因此在第一个实验结束时对结垢的膜进行SEM成像(图3)。没有观察到来自活性炭和对照的生物膜形态的主要差异，并且在两种情况下，均检测到EPS基质中的包埋细胞。值得注意的是，从填充了活性炭的反应器收集的任何样品中都未发现活性炭颗粒(图3c，d)。因此，在活性炭反应器中跨膜压力的升高和膜渗透性的更高降低不能归因于活性炭颗粒对膜的物理阻塞。

　　图3：活性炭添加膜生物反应器实验结束时结垢膜的SEM成像。

　　对于橄榄油废水的处理，测试了连续活性炭添加膜生物反应器对膜结垢的影响。结果表明活性炭的添加对过滤器中的DOC和BOD浓度几乎没有影响。但是，添加活性炭可以提高生物量的活性，与此同时，反应器中有机分子的分子量分布也发生了变化。观察到源自活性炭添加的膜生物反应器的可溶性微生物的溶解的有机样品的吸附显着提高。值得注意的是，膜生物反应器中的液悬浮固体暴露于活性炭可能是膜通透性降低的主要原因，这是在从MBR中收集到的可溶性微生物进行的独立末端过滤实验中观察到的。因此，存在活性炭时增加的结垢很可能是膜生物反应器中一定比例的有机分子吸收率升高的结果。

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