新型挂膜纤维材料的研究

FiberApplication新型挂膜纤维材料的研究毛凡，马一平(同济大学材料学院，上海200092)应用纵横膜生物反应器具有对有机污染物去除效率高、流程简单、结构紧凑等优点，在废水回用与资源化领域具有极为广阔的应用前景1121。膜技术被认为是最有发展前途的高新技术之一。目前在生物膜法处理污水的填料选择中，组合填料作为比较好的填料系统，既集软性填料与半软性填料之优，具有比表面积大、透气性好、氧转移速率和利用率高的特点，又克服了两者在污水的生化处理过程中的弊端，有着较高的应用价值。其结构是将塑料圆片压扣改成双圈大塑料环，将纤维丝压在环的外圈上，使纤维束均匀分布；内圈是雪花状塑料枝条，既能挂膜，又能有效切割气泡，提高氧的转移速率和利用率，使气、水、生物膜得到充分交换，水中的有机物得到高效处理。这其中选择合适的纤维是保证组合填料发挥效用的关键。本实验选择了目前研究较多的聚丙烯纤维为参照[31，研究了其在不同条件下CODcr(ChemicalOxygenDemand，化学需氧量，指用化学氧化剂氧化单位体积水中有机污染物时所消耗的氧化剂量。当氧化剂为重铬酸钾时，以收稿日期：2006--09-04修回日期：2006—10—19作者简介：毛凡(1983～)，女，湖南岳阳人，同济大学材料学硕士。CODcr表示)的去除效果，分析了亲水基团和比表面积对挂膜质量的影响，为新型挂膜纤维材料的选择提供了方向。1实验1．1仪器及试剂实验水样来源于上海曲阳水质净化厂的格栅后出水和实验室自行配制的原水。原水的配置采用简单的药品(葡萄糖、硫酸铵、磷酸二氢钾)，并添加适量硫酸铁、硫酸钾、硫酸镁、氯化钙，按照好氧生物处理环境以质量比BOD(BiochemicalOxygenDemand，生化需氧量，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量。生物分解需要一个过程，一般以5d作为测定BOD的标准时间，因而称之为5d生化需氧量，以BOD5表示)：N：P=100：5：1的比例[41配置。实验用的纤维填料为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维和石棉纤维，来源于上海博宁化纤有限责任公司。用量以聚丙烯纤维为基准，基本保持相同的体积用量。规格如表1。反应器由有机玻璃制成，尺寸约为300mmx300minx600mm。池体内用有机玻璃对角分隔成两合成纤维SFC2007No．233维普资讯http://www.cqvip.com应用纵横FIbeli】cation表1各种纤维的性质与参数种类密度·cm直径m长度_=／cm用量-聚丙烯纤维0．9ll8—2O或354Ol5一l81．O聚丙烯腈纤维1．18l5一l8l5一l81．3聚乙烯醇纤维1．29192ll5一l8l-4石棉纤维2．5O5l5一l82．7部分，易于作对比实验。两侧池体均安有调节水阀门和调节曝气量的曝气头。1．2原理及方法通过选择微生物易于附着的填料作为微生物生存繁殖的介质，往曝气池里通入空气。污水和污泥在空气的推动下经过填料的表面，一部分污水、污染物和细菌附着在填料的表面上，微生物便在填料上大量繁殖。不久，便形成一层充满微生物的粘膜，这通常叫做“挂膜”。污水流经已经挂好的生物膜时，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，生成H20，CO、NH等物质，从而得到净化。CODcr测定：重铬酸钾法；NH4+-一N测定：滴定法，与国标GB／T7478—1987等效；溶解氧测定：溶解氧测定仪(型号：HI2400)。水质测定时，每间隔一定时间，两侧池体同时进行测定。其中CODcr的去除率按以下公式计算：P=1一CODA／CODB式中：P为CODcr去除率；COD为处理后污水试样中CODcr浓度；COD为处理前污水试样中CODcr浓度。2实验结果与讨论2．1聚丙烯纤维在不同条件下的处理实验本实验选用了目前研究较多的聚丙烯纤维为填料进行两组实验。第一组直接取自水厂污水，分为两份(C／N比为8．2)，编号为1、2，在处理时设置不同的曝气量以达到不同的溶解氧量(DO)，曝气量难以测定，仅以溶解氧量表示；第二组取少量污水与自配原水混合，调节C／N比后(C／N为17．4)分为两份，编号3、4，在处理时设置不同的曝气量。具体参见表2。表2不同条件下工艺操作参数编号CODdmg·L-NHd-N／nag·L一DO／mg·L-pH值l69785O．8一1．32697852．O一3．O7．1—7．8336521O．8一1．34365212．O一3．O34合成纤维SFC2007No．2图1表示了编号为1、2、3、4的4组样品CODcr去除率。从图中易知：聚丙烯纤维对生活污水的总体处理效果稳定，其CODcr去除率在65％--85％之间。增加曝气量有利于好氧微生物的生长，对CODcr去除率的提高有利。而曲线上显示：在污水处理初期，增大曝