污泥基吸附剂耦合MBR工艺处理生活污水

第15卷2016正第1期2月广州大学学报(自然科学版)JournalofGuangzhouUniversity(NaturalScienceEdition)V01．15No．1Feb．2016文章编号：1671—4229(2016)01-0069-06污泥基吸附剂耦合MBR工艺处理生活污水潘志辉，黄彬，胡晓东(广州大学珠江三角洲水质安全与保护省部共建教育部重点实验室，广东广州510006)摘要：本研究利用污水处理厂产生的化学污泥制备成多孔、高效吸附剂材料，并且耦合膜生物反应器(MBR)工艺对生活污水进行处理．与普通MBR工艺比较可知，污泥基吸附剂耦合MBR工艺能强化污水处理效能．对浊度、NH一N、总磷与DOC的去除率分别为99．5％、94．6％、37．9％与88．8％．跨膜压差(TMP)的实验表明，污泥基吸附剂耦合MBR工艺能维持较长的TMP，说明污泥基吸附剂能减缓MBR工艺的膜污染程度，延长膜清洗周期，降低污水厂的运行成本．关键词：污泥基吸附剂；膜生物反应器；生活污水；跨膜压力差中图分类号：X703．1文献标志码：A近年来，由于城市的不断发展，污水处理任务逐渐加剧，大量的污泥随之产生J．若不妥善处理，它将对环境构成日益严重的问题．污泥是一种富含有机物的碳质材料，利用化学活化方法可以将其改性制备成类似粉末活性炭(PAC)性质的吸附剂材料．因此，不仅能以对生态环境友好的方式解决由污泥引起的二次污染问题，而且还可以将污泥基吸附剂应用于废气处理及污、废水处理中，达到以废治废的目的．MBR工艺是一种集膜过滤和生物处理于一体的新型高效生物处理装置，不仅具有工艺流程简单、占地面积小、基建投资少、运行费用较低、操作管理方便等优点，而且还具有出水水质优良，污泥停留时间和水力停留时间分离迅速，和便于自动化控制等优点J．但是MBR也存在着一些不足，主要是反应器内较容易产生膜污染，导致系统处理污水能力下降，进而导致膜清洗周期频繁，使投资与运行管理成本增高．另外，由于受微生物的处理能力与膜孔孔径大小的限制，MBR工艺对污水中各种有机污染物的去除有限，达到一定的程度后很难有进一步提高．研究表明，投加PAC于MBR后，PAC可以通过吸附作用去除污水中小分子污染物；而且，由于PAC可以降低污泥絮体的可压缩性与增加滤饼层的孑L隙度，膜通量也会因此而升高J．投加PAC后的结果看起来是很有前景的，但是，PAC的投加量较大且费用较高，这对于城市污水厂中的应用是极不经济的J．因此，文章研究制备低廉的污泥基吸附剂材料并且应用于MBR工艺，并进一步探究污泥基吸附剂耦合MBR工艺对生活污水的处理效能与膜污染情况．1材料与方法1．1污泥基吸附剂的制备与表征污水处理厂产生的化学污泥(化学强化一级污水处理产生的污泥)经103℃烘24b后研磨成粉末状并过筛(180目，0．083mm)．粉末污泥与3M的ZnC1，溶液以质量比1：1在常温下搅拌混合24h后，再在103oC下烘24h．混合物在马弗炉中以700℃的高温在无氧条件下活化1h，其中加热升温速率为l8℃·min～．热解产物经研磨与过筛(180目，0．083mm)后在3M的HC1清洗20min后再利用去离子水漂洗至pH为中性，最后在103℃下烘24h．污泥吸附剂的比表面积、孔容采用比表面积收稿日期：2015—11—24；修回日期：2015～12—16基金项目：国家自然科学基金资助项目(51308136)；广东省自然科学基金资助项目($2013040015984)；广东省教育厅资助项目(2013LYM_0066)；广州市属高校科研资助项目(1201430824)作者简介：潘志辉(1983一)，男，讲师，博士．E—mail：ri13@163．con70广州大学学报(自然科学版)第15卷分析仪(ASAP2020M)测定；样品的c与H含量采用元素分析仪测定；样品经消解后采用ICP-AES(Optima5300DU)测定其重金属含量；样品的晶体结构由粉末x一光线散射仪(RigakuD／max一2000)测定．1．2实验装置与分析方法试验装置如图1所示．设计2套平行小试规模的MBR装置：其中1套是污泥基吸附剂耦合MBR工艺(sludge—basedadsorbentMRB，SAMBR)，第2套单独MBR工艺(MBR)作为对比．膜组件直接浸入反应器中，反应器有效容积为3L．原水经进水泵打入高位水箱再通过恒位水箱进入到各个反应器中，出水通过抽吸泵(蠕动泵)直接从膜组件抽出进入出水箱．系统定时从出水箱中抽吸水对膜组件进行反冲洗．在膜组件和抽吸泵之间设置压力传感器，监测跨膜压力差(Trans-membranepressure，TMP)．空气泵连续向反应器内曝气以提供溶解氧、进行搅拌混合并清洗膜丝表面．整个系统由自动控件系统(Programmable