纳米零价铁纳米颗粒对浸没式厌氧膜生物反应器中垃圾渗滤液处理过程中膜污染减缓的影响

《Environmental Forensics》：Effects of nano zero-valent iron nanoparticles on membrane fouling mitigation in a submerged anaerobic membrane bioreactor for landfill leachate treatment

纳米零价铁（nZVI）对厌氧膜生物反应器（AnMBR）处理垃圾渗滤液（LFL）的性能及膜污染影响研究。实验表明，nZVI添加可提升污染物去除效率（COD去除68%，DOC去除47%）并降低膜污染率（0.012 mbar/min），最佳浓度为100 mg/L，但200 mg/L时污染物去除更优。微生物群落分析显示厚壁菌门、拟杆菌门等与污染去除相关，而α-变形菌纲、鞘氨醇单胞菌纲等与膜污染相关。

　　

摘要

为了研究纳米零价铁（nZVI，添加浓度为50–300 mg/L）对垃圾填埋场渗滤液（LFL）处理过程中污染物去除效果及膜污染的影响，研究人员操作了一个实验室规模的厌氧膜生物反应器（AnMBR）。nZVI作为一种潜在的添加剂，可通过调节渗滤液处理过程、微生物群落结构，尤其是减缓膜污染来提升AnMBR的性能。本研究评估了nZVI在提升废水处理效果及减轻膜污染方面的作用和有效性。结果表明，添加nZVI能够改善AnMBR对污染物的去除能力并降低膜污染程度。最佳添加浓度为100 mg/L时，膜污染速率为0.012 mbar/min；但由于高浓度下膜污染会加剧，因此确定最佳污染物去除浓度为200 mg/L。实验结果显示，nZVI对化学需氧量（COD）的去除效率为68%，对色度的去除效率为31%，对溶解有机碳（DOC）的去除效率为47%。相应地，膜跨膜压（TMP）降低了68%，且当nZVI浓度为100 mg/L时渗透通量略有提升。此外，nZVI的添加还降低了细胞外聚合物物质（EPS）和可溶性微生物产物（SMP）中蛋白质与多糖的比例，从而有效减缓了膜污染。在渗滤液处理过程中，Firmicutes、Bacteroidetes和Proteobacteria类细菌表现出较高的丰度，并在污染物去除中发挥了重要作用。同时，与膜污染相关的细菌主要包括Alphaproteobacteria、Sphingobacteria和Flavobacteria。总体而言，nZVI的添加显著提升了AnMBR在污染物去除和膜污染控制方面的性能。