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連州市生活污水處理一體化設(shè)備
閱讀:1199 發(fā)布時(shí)間:2017-4-12生活污水怎么處理
生活污水是指城市機(jī)關(guān),、學(xué)校和居民在日常生活中產(chǎn)生的廢水,,包括洗衣洗澡,、廚房洗滌、廁所糞尿等家庭水以及商業(yè),、和游樂(lè)場(chǎng)所的水等,。傳統(tǒng)的處理工藝主要A/O法、SBR法和氧化溝法,,但水力停留時(shí)間長(zhǎng),、反應(yīng)池占地面積大、存在污泥膨脹,、脫氮除磷效率低,、污泥產(chǎn)量高的缺點(diǎn)日益突出。膜生物反應(yīng)器(MBR)是一種將傳統(tǒng)活性污泥與膜分離技術(shù)相結(jié)合的水處理反應(yīng)器,,既利用了生物處理的效性與*性,,又利用了膜分離的選擇透過(guò)性與性。與傳統(tǒng)工藝相比,,MBR具出水,、設(shè)備、活性污泥質(zhì)量濃,、產(chǎn)泥率低,、總投資少和自動(dòng)化程等優(yōu)點(diǎn),在住宅小區(qū),、城市污水處理污水再生利用中的越來(lái)越,。然而,膜污染一直是制約其的瓶頸,。膜污染不縮短膜的使用壽命,,而且直接導(dǎo)致抽吸泵壓力和曝量增加,造成能耗增加,、清洗頻繁和增加,。膜污染主要3個(gè)影響因素:膜的性質(zhì)、污泥性,、操作條件,。其中,污泥性及操作條件可在裝置中改善,。而膜的性質(zhì)主要包括膜材質(zhì),、親疏水性、膜孔徑大小,、粗糙度和電荷性質(zhì)等,。在常用的高分子機(jī)膜中,聚偏氟乙烯(PVDF)具突出的化學(xué)穩(wěn)定性,、耐輻射,、抗污染性和易成膜等優(yōu)點(diǎn),,但其疏水性常導(dǎo)致膜污染和滲透率下降,限制了其在污水處理中的,。筆者采用共混改性將納米TiO2顆粒加入鑄膜液,,利用溶膠凝膠法制備了改性PVDF中空纖維膜,并對(duì)改性前后膜組件的膜通量及水質(zhì)處理效果進(jìn)行了對(duì)比,。
1 試驗(yàn)部分
1.1 和儀器
:PVDF,,相對(duì)分子質(zhì)量570 000,solf?1015,,上海聯(lián)宏新材料科技限,;聚乙烯吡咯烷酮,PVP,,BR,,上海如吉生物科技發(fā)展限;納米,,粒徑25 nm,,比表面積(50±15) m2/g,分析純P25,,德德固賽,;二甲基乙酰胺,DMAc,,化學(xué)純,,藥集團(tuán)化學(xué)限。
儀器:PhysicaMCR301型流變儀,,奧地利安東帕,;D-8401型攪拌器,成都浩馳儀器限,;NanomanVS型原子力顯微鏡,,美Veeco;JSM-6360LA型掃描電鏡,,日本電子株式會(huì)社,;HARRE-SPCA型接觸角測(cè)定儀,北京哈科試驗(yàn)儀器,;SHZ-Ⅲ型循環(huán)水式真空泵,,上海知信試驗(yàn)儀器技術(shù)限。
1.2 PVDF中空纖維膜的制備
將一定量的納米TiO2加入DMAc中,,聲30min使之分散均勻,,加入PVP,緩慢加入PVDF,,以免鑄膜液起泡,,水浴加熱,,控制溫度為45 ℃,攪拌12 h,,得到穩(wěn)定的淺黃色或白色(加TiO2)溶膠,,原料投加比例如表 1所示,并用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)定鑄膜液黏度,。
表 1 鑄膜液原料投加比例
鑄膜液組分 | PVDF/% | TiO 2 /% | PVP/% | DMAc/% |
PVDF-0 | 16 | 0 | 14 | 70 |
PVDF-1 | 16 | 1 | 14 | 69 |
PVDF-2 | 16 | 2 | 14 | 68 |
1.3 PVDF中空纖維膜的性能測(cè)試
膜性能測(cè)試主要包括膜表面的微觀結(jié)構(gòu)表征及水通量測(cè)試等。采用原子力顯微鏡(AFM)測(cè)定膜表面粗糙度,,利用掃描電鏡(SEM)觀察膜斷面結(jié)構(gòu),,并以孔隙率、平均孔徑,、接觸角和水通量等作為評(píng)價(jià)規(guī)準(zhǔn),,確定納米TiO2投加比例。
1.4 試驗(yàn)裝置及條件
試驗(yàn)在自行設(shè)計(jì)的小試裝置中進(jìn)行,,缺氧池尺寸50 mm×200 mm×400 mm,,效水深300 mm,效容積3 L,,好氧池尺寸250 mm×200 mm×400 mm,,效水深300 mm,效容積15 L,,水力停留時(shí)間6 h(缺氧池1 h,,好氧池5 h),試驗(yàn)裝置如圖 1所示,。
好氧池的污泥取自常州武進(jìn)某污水處理的二沉池回流污泥,,在曝量1 L/min的條件下悶爆10~15 d左右,進(jìn)水量由小到大逐漸增加,。由于活性污泥及生活污水均取自該,,因此活性污泥的適應(yīng)性較強(qiáng),很快就達(dá)到所需濃度,,控制MLSS為2000~ 5000mg/L,。過(guò)濾壓力由循環(huán)水式真空泵(壓力可調(diào))提供,壓力控制在0.02 MPa,,水溫保持在18~25 ℃,。膜組件為U型中空纖維模型,效過(guò)濾面積均為0.02 m2,,浸沒(méi)在15L好氧池,。
分別用膜組件PVDF-0、PVDF-1,、PVDF-2處理純水和生活污水,,以測(cè)試膜組件的去除效果和膜污染狀況,,并記錄純水通量JW、和污水通量JR,。
膜通量(J)和去除率(R)由式(1),、式(2)計(jì)算。
式中:J——純水或污水的膜滲透通量,,L/(m2·h),;
V——純水或污水的滲透體積,L,;
A——膜的效過(guò)濾面積,,m2;
t——膜的過(guò)濾時(shí)間,,h,;
R——膜對(duì)污水中目標(biāo)物的去除率,%,;
CP,、CF——污水中目標(biāo)物的進(jìn)、出水質(zhì)量濃度,,mg/L,。
1.5 原水水質(zhì)及分析方法
試驗(yàn)原水取自常州市某污水初沉池,原水水質(zhì)及分析方法如表 2所示,。
表 2 原水水質(zhì)及分析方法
項(xiàng)目 | 范圍(均值) | 分析方法 |
COD/mg·L -1 | 252~394(324) | 快速密閉催化消解法 |
SS/mg·L -1 | 110~233(146) | 重量法 |
TN/mg·L -1 | 16.4~30.7(26.3) | 過(guò)酸鉀氧化紫外分光光度法 |
TP/mg·L -1 | 2.8~5.6(4.3) | 鉬銻抗分光度法 |
NH 3 -N/mg·L -1 | 14.6~25.4(21.5) | 納氏光度法 |
pH | 6~8(7.8) | 便攜式pH計(jì) |
水溫/℃ | 18~25 | 水溫計(jì) |
2 結(jié)果與討論
2.1 納米TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)PVDF鑄膜液黏度的影響
納米TiO2顆粒具高比表面積和強(qiáng)親水性,,但其添加量會(huì)影響鑄膜液黏度,從而影響溶劑和非溶劑的多相傳質(zhì)及鑄膜液的成膜性,。不同TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)PVDF鑄膜液黏度的影響如圖 2所示,。
由圖 2可見(jiàn),剪切力為0.1~100 m/s的狀態(tài)下,,鑄膜液黏度隨納米TiO2顆粒的增加而增大,。
2.2 納米TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)PVDF膜結(jié)構(gòu)的影響
在不同放大倍數(shù)下用SEM研究PVDF中空纖維膜斷面結(jié)構(gòu),如圖 3所示,。
PVDF中空纖維膜是一種特例的非對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu)膜,,其斷面主要以指狀孔結(jié)構(gòu)和海綿狀結(jié)構(gòu)組成,指狀孔結(jié)構(gòu)占優(yōu)點(diǎn)表明膜的滲透性能較強(qiáng),,海綿狀結(jié)構(gòu)占優(yōu)點(diǎn)表明膜的機(jī)械強(qiáng)度較好,。圖 3(a)為250倍放大倍數(shù)下,3種PVDF中空纖維膜的SEM照片,。由圖 3(a)可見(jiàn),,PVDF-0、PVDF-2指狀孔結(jié)構(gòu)占優(yōu)點(diǎn),,而且孔較大,,PVDF-1的海綿狀結(jié)構(gòu)較多,。這是因?yàn)樘砑舆m當(dāng)納米TiO2削弱了成膜過(guò)程中非溶劑(水)/溶劑(DMAc)的相互擴(kuò)散速度,發(fā)生了延遲相分離,,從而效減少了指狀孔結(jié)構(gòu),,且形成的指狀孔也更加細(xì)小。圖 3(b),、圖 3(c)分別為1 000倍和10000倍放大倍數(shù)下,,PVDF中空纖維膜斷面的SEM照片。由圖3(b),、圖 3(c)可見(jiàn),,3種膜斷面形成的指狀孔結(jié)構(gòu)差別不大,但從海綿狀結(jié)構(gòu)中可以清晰看到添加的納米TiO2顆粒,。與改性PVDF中空纖維膜相比,,PVDF-0斷面結(jié)構(gòu)孔隙不均勻,,而PVDF-2因TiO2顆粒過(guò)多引起納米顆粒“團(tuán)聚”不利于膜孔徑要求及膜表面穩(wěn)定性,。
2.3 納米TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)膜性能的影響
一般來(lái)講,膜表面粗糙度越小說(shuō)明膜越光滑,,抗污染性越好,;膜表面動(dòng)態(tài)接觸角越小,親水性越強(qiáng),,水通量越大,。對(duì)PVDF中空纖維膜的微觀結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征測(cè)試,結(jié)果表明:與PVDF-0,、PVDF-2相比,,PVDF-1膜表面具較小的粗糙度和較小的動(dòng)態(tài)接觸角,但具較高的孔隙率和水通量,,說(shuō)明適當(dāng)添加納米TiO2對(duì)提高膜的親水性及抗污染能力較好的效果,;膜平均孔徑隨納米TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減小,其大小對(duì)不同污染物的分離效果所差異,,表征測(cè)試結(jié)果如表 3所示,。
表 3 PVDF中空纖維膜表征測(cè)試結(jié)果
項(xiàng)目 | 粗糙度/nm | /接觸角/° | 孔隙率/% | 平均孔徑/um | 水通量/(L·m -2·h -1 ) |
PVDF-0 | 1616 | 95 | 66.14 | 0.018 | 25.3 |
PVDF-1 | 963 | 83 | 82.35 | 0.013 | 131.5 |
PVDF-2 | 1343 | 89 | 60.69 | 0.011 | 65.3 |
2.4 不同膜組件處理生活污水的效果對(duì)比
將組裝好的3個(gè)膜組件同時(shí)的好氧池中,采取相同的抽吸方式處理生活污水,,污水處理效果如表 4所示,。
表 4 不同膜組件處理后的出水水質(zhì)
mg/L | |||||
項(xiàng)目 | COD | SS | TN | NH 3 -N | TP |
PVDF-0 | 21.30 | 0 | 10.99 | 0.16 | 0.41 |
PVDF-1 | 19.66 | 0 | 12.47 | 0.64 | 0.41 |
PVDF-2 | 18.84 | 0 | 12.64 | 0.13 | 0.31 |
注:進(jìn)水 COD 、 SS ,、 TN ,、 NH3-N 、 TP 分別為323.46 ,、 233 ,、 27.03 ,、 19.78 、 2.37 mg/L ,。 |
由表 4可見(jiàn),,經(jīng)不同膜組件處理后出水COD、SS,、TN,、NH3-N、TP均符合《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002),。
2.5 膜清洗
膜組件在好氧池中4 h后水通量開(kāi)始下降,,說(shuō)明膜污染已漸漸發(fā)生。拆下膜組件,,先用自來(lái)水沖洗,,再將其浸泡在0.5%次溶液0.5 h,用自來(lái)水沖洗后測(cè)其純水通量和污水通量,,觀察清洗效果,,
由圖 4可見(jiàn),清洗后純水通量基本能恢復(fù),,PVDF-0,、PVDF-1、PVDF-2的恢復(fù)率分別為87.5%,、95.6%,、91.9%。
清洗后污水通量的對(duì)比如圖 5所示,。
由圖 5可見(jiàn),,PVDF-0、PVDF-1,、PVDF-2污水通量恢復(fù)率分別是78.8%,、91.4%、85.8%,。PVDF-1通量的恢復(fù)率zui高,,經(jīng)過(guò)4h純水通量和污水通量依舊zui高,而PVDF-2改性雖效果,,但添加的納米TiO2過(guò)多會(huì)造成成本相對(duì)較高,,且膜性能測(cè)試結(jié)果表明過(guò)多納米TiO2顆粒會(huì)引起“團(tuán)聚”現(xiàn)象,不利于膜表面親水性的改善,。綜合效果,,PVDF-1具較好的價(jià)值。
3 結(jié)論
(1)添加適當(dāng)納米TiO2顆粒降低了膜表面的粗糙度、接觸角,,提高了孔隙率及PVDF中空纖維膜的親水性,。
(2)3個(gè)膜組件的出水水質(zhì)均能達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)規(guī)準(zhǔn)》要求,對(duì)SS的去除率基本接近99%,,NH3-N的去除率也較高,,其余出水水質(zhì)指標(biāo)去除率也保持在80%以上。
(3)3個(gè)膜組件中PVDF-1的污水通量衰減速度zui慢,,清洗后恢復(fù)的污水通量zui大,,說(shuō)明其抗污染zui強(qiáng)。
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