（环境工程专业论文）一体化吸附（反应）预涂膜分离技术在水处理中的应用.pdf

浙江大掌硕士论文 摘要 一体化工艺是集多种废水净化工艺于一体的新型水处理技术，具有高效多 功能、节约占地面积、简化处理流程等特点，已成为水处理技术方面的发展趋 势和研究热点。但是，目前一体化技术主要是将生化工艺与传统固液分离技术 如沉淀、气浮等单元进行简单地组合，工艺流程上低效率叠加，并未实现真正 地一体化处理，因此一体化技术的实际应用受到了极大的局限。为扩大一体化 技术的应用范围、降低成本，本文将常用的化学沉淀反应和膨润土吸附与硅藻 土预涂膜过滤分离结合的一体化技术应用于水处理中，在优化化学反应和吸附 法工艺条件的基础上，采用先进的硅藻土预涂膜过滤技术来革新固液分离工艺， 改善出水水质并实现一体化处理。 本文主要包括两部分内容：第一部分，研究一体化吸附预涂膜分离技术在 染料废水和微污染水处理中的应用。实验表明，经过改性后的膨润土对染料分 子有很好的吸附去除效果，对于浓度为1 0 0m g l ，c o d1 2 8m gr l 。的酸性橙 i i 染料废水，当c t m a b - - 有机膨润土投加量为2 0g - 1 ，滤速为2 4m h 1 ，经 过一个处理周期6 5m i n 的循环处理，出水的悬浮物浓度小于1 8m g l - 1 ，出水 c o d 降至2 5m g l 一，脱色率达9 0 ，5 。膨润土原土对微污染水中的有机物也 有较好的去除效果，当原土投加量为2 0g l 一，经过一体化技术一个周期5 5n f i n 处理后，c o d m 。、u v 2 5 4 、t o c 去除率达到4 1 4 、5 5 9 、4 21 。还通过处理 时间和压降变化关系的分析，建立了一体化循环处理的过滤模型。模型对压降、 悬浮物浓度变化预测数据与实测值拟合良好，为一体化装置的设计和该技术的 进一步应用提供理论指导。 第二部分，采用化学沉淀法与硅藻土预涂膜过滤技术结合的一体化反应预 涂膜分离技术来处理电镀废水。首先，我们选择了含铬、铜离子的电镀废水进 行了实验室小试，考察了该技术应用于电镀废水处理时的各种影响因素，发现 含铬废水处理效果跟化学反应前处理的彻底与否有关，其中还原剂投药量、p h 、 反应时间都对处理效果有重要影响；并发现当电镀废水中铜离子和铬离子同时 存在时，由于发生共沉淀现象，p h 值为7 5 时去除率就可以达到9 9 以上；处 理效果还跟预涂膜过滤效果相关，进水水质、硅藻土预涂量、处理流量对处理 效果的影响尤为重要。通过现场试验，确定了最佳的操作条件，比较了该技术 与传统的化学沉淀，砂滤工艺的处理效果。试验结果表明：采用一体化反应预涂 膜分离工艺处理中小规模电镀工业废水，该电镀废水后处理进水总铬、总铜、 总氰化物浓度分别为6 7 2 、1 8 4 0 、2 2 1 0m g l ，c o d 为2 4 0m g l ，在处理水量 1 0m 3 h 、阳离子聚丙烯酰胺( p a m ) 投加量3m g l 时，在出水口c r 6 + 、氰化物， 浙江大学硕士论文 c u 2 + 均达标，c r 6 + 和c u 2 + 去除效率分别达到9 9 7 和9 9 8 ，出水稳定达标的 同时，废水的c o d 从进水的2 4 0 m g l 降为6 0m g l 。去除率达到7 5 ，与传 统工艺相比，该技术能实现电镀废水的全面达标排放( 尤其是c o d ) ，有很好 的经济技术可行性和工业应用前景。 关键词：吸附；分离；硅藻土；预涂膜过滤；一体化装置 i i 浙江大学硕士论文 a b s t r a c t t h ei n t e g r a t e dp r o c e s sw h i c ei n t e g r a t e sas e r i e so fu n i tt r e a t m e n tp r o c e s s e s ，i sa h i g he f f i c i e n t ，m u l t i f u n c t i o n a i ，s m a l ll a n do c c u p i e dp r o c e s si nw a s t e w a t e r t r e a t m e n t t h e r e f o r ei th a sb e c o m et h et r e n do ft h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，a n da t t r a c t e dp e o p l e m u c ha t t e n t i o ni nr e c e n ty e a r s h o w e v e r , n o wm a n yi n t e g r a t e d e q u i p m e n t s o f w a s t e w a t e rt r e a t m e n ta r es i m p l es u p e r p o s i t i o no f b i o c h e m i c a ip r o c e s sa n ds e p a r a t i o n p r o c e s s s u c ha s ：p r e c i p i t a t i o n ，a i r f l o a t i n g ，s o i tw a sl i m i t e di t s a p p l i c a t i o n o r l p r a c t i c a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t i no r d e r t ob r o a d e ni t sa p p l i c a t i o nr a n g ea n dr e d u c e t h ec o s to f t r e a t m e n t ，t h ei n t e g r a t e d t e c h n o l o g y o f a d s o r p t i o n ( r e a c t i o n ) p r e c o a t i n g f i l t r a t i o ns e p a r a t i o n w a ss t u d i e di nt h i sa r t i c l e t h eq u a l i t yo fe f f l u e n tw a s i m p r o v e db yt h i s n o v e lt e c h n i q u e ，w h i c hi n t e g r a t e da d s o r p t i o n ( r e a c t i o n ) w i t ha l l a d v a n c e d s e p a r a t i o n ，d i a t o m i t ep r e c o a t i n g f l l t r a t i o n ，i n t oa w h o l e t h i sa r t i c l ew a sc o m p o s e do ft w op a r t s ：p a r to n e ，t h ei n t e g r a t e dt e c h n o l o g yo f a d s o r p t i o nc o m b i n e dw i t hd i a t o m i t ep r e c o a t i n gf i l t r a t i o nw a su s e di na c i do r a n g ei i d y er e m o v a la n do r g a n i s mr e m o v a li nm i c r o p o l l u t e dw a t e r t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s i n d i c a t e dt h a to r g a n o b e n t o n i t e sh a do b v i o u se f f e c t so nd y e a d s o r p t i o n ，a n db y c i r c u l a r t r e a t m e n ta b o u t6 5m i na tt h ed o s a g e so f o r g a n o b e n t o n i t e s2 0g - l ，t h ef i l t r a t i o nr a t e 2 , 4m h - 1 ，s si sl e s st h a n1 8m g l 1 ，t h ea y er e m o v a lr a t ew a s9 0 5 ，c o dr e d u c e d f r o m1 2 8 m g l t o 2 5 m g l t h e r a wb e n t o n i t eh a do b v i o u se f f e c t so n m i c r e p o l t u t a n t sr e m o v a l 1 kr e m o v a lr a t eo fc o d m n ，u v 2 5 4 ，t o cr e a c h e d4 1 4 5 5 9 4 2 1 r e s p e c t i v e l yb yt h ei n t e g r a t e dt e c h n o l o g yt r e a t m e n t i na d d i t i o n a m o d e lo ft h ec i r c u l a rt r e a t m e n tw a sd e v e l o p e d t h ef i g u r ec a c u l a t e db yt h em o d e l m a t c h e dt h e e x p e r i m e n t a lf i g u r e w e l lf o rv a r i a t i o no ft h e s u s p e n d e ds u b s t a n c e c o n c e n t r a t i o na n dp r e s s u r ed r o p s t h e r e f o r e ，t h em o d e li su s e f u lf o rt h ed e s i g no ft h e i n t e g r a t e da p p a r a t u sa n dt h ea p p l i c a t i o no f t h et e c h n o l o g y p a r tt w o ，t h ee l e c t r o p l a t i n gw a s t e w a t e ri n c l u d e dt h ei o no fc h r o m i u ma n dc o p p e r w a st r e a t e db yt h ei n t e g r a t e dt e c h n o l o g yo f r e a c t i o n p r e c o a t i n g f i l t r a t i o ns e p a r a t i o ni n a l a b o r a t o r y s c a l et e s t t h ec o n d i t i o n so f c h e m i c a lp r o t r e a t m e n ts u c ha st h ed o s a g eo f r e d u c i n ga g e n t ，p h ，a n dt h et i m eo fr e a c t i o nh a di m p o r t a n tr o l e so ne f f i c i e n c yo f c h r o m i u mr e m o v a l i na d d i t i o n ，t h e a p p a r e n ts y n e r g i s t i c e f f e c tf o r p r e c i p i t a t i o n r e a c t i o ni nt h ep r e s e n c eo f c h r o m i u ma n d c o p p e rs i m u l t a n e i t yw a so b s e r v e d i nr e s u l t ， t h er e m o v a lr a t eo fm e t a l l i ci o n sw a sa c h i e v e d9 9 a t p h = 7 5 e f f e c t sf o rd i a t o m i t e p r e c o a t i n g f i l t r a t i o n w e r ea l s oo b s e r v e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e d o s a g e o f d i a t o m a c e o u se a r t h ，t h eq u a i t yo f i n f l u e n ta n df l o wr a t eh a de f f e c t so ne f f i c i e n c yo f i i i 浙江大学硕士论文 t r e a t m e n t i na p i l o t - p l a n t s c a l e ，t h ee l e c t r o p l a t ew a s t e w a t e rf r o mm e d i u ma n ds m a l l e l e c t r o p l a t i n gp l a n t s ，w h i c hc o n s i s t e do ft n t a lc h r o m i u m ( 6 ，7 2m g f l ，t o t a lc o p p e r ( 1 8 4 0m g l ) ，t o t a lc y a n i d e ( 2 2 1 0m g l ) a n dc o d ( 2 4 0m g l ) ，w a st r e a t e db yt h i s i n t e g r a t e dt e c h n o l o g y t h er e s u l t ss h o w st h a tu n d e rt h et r e a t m e n tc o n d i t i o no ft h e f l o w c a p a c i t ya t10m h ，p a md o s a g eo f 3m l ，t h er e m o v a lr a t ef o rt o t a lc h r o m i u m ， t o t a l c o p p e r ，t o t a lc y a n i d e a n dc o dr e a c h e d9 3 3 ，9 7 4 ，9 9 9 a n d7 5 r e s p e c t i v e l y ，c o m p a r e dw i t ht h ec o n v e n t i o n a lt r e a t m e n t ，t h i st e c h n o l o g yw a sp r o v e d t ob ea d v a n t a g e o u so v e rh i 曲r e m o v a lr a t ef o rh e a v y m e t a l s ，e s p e c i a l l yf o rc o d t h e e f f l u e n tq u a l i t yo ft h ei n t e g r a t e dp r o c e s s ，c o u l dm e e tw i t ht h ei n t e g r a t e dw a s t e w a t e r d i s c h a r g es t a n d a r do f c h i n a s ot h ei n t e g r a t e dt e c h n o l o g yh a sag o o de c o n o m ya n d a p p l i c a t i o np r o s p e r i t y k e y w o r d ：a d s o r p t i o n ，s e p a r a t i o n d a t o m a c e o u s e a r t hrp r e c o a t f i l t r a t i o n ， i n t e g r a t e de q u i p m e n t 浙江大学硕士论文 第一章绪论 近年来，随着社会的发展，在人们生活水平不断提高的同时，环境污染日益 严重，其中水环境污染己成为当前最重要的问题之一“1 。我国水资源严重匮乏， 水资源人均占有量仅为世界人均量的1 4 ，且由于环保意识的淡漠，大量的工业 废水被直接排入江河中”1 。一方面水资源的严重不足，另一方面是水资源的严重 浪费和污染，因此，如何对工业废水和江河湖泊微污染水进行治理，对保护我们 的环境显得尤为重要。 传统的水处理技术大多基于化学、物理、生物原理，但由于目前废水的种类 越来越多、组成成分日益复杂，而且可生化性差，这些传统的单元处理方法难以 满足净化处理在技术和经济上的要求。一体化技术由于能集成多种废水净化技 术，具有高效多功能、节约占地面积、简化处理流程等特点已成为水处理技术方 面的必然趋势和研究热点。 一体化技术，是指通过一体化设备去除水中污染物。一体化技术处理水中污 染物的原理是将物理、化学、生物技术与其他技术联用，或者相互之间耦台实现 水处理工艺的一体化。目前，一体化技术主要是将生化工艺与传统固液分离技术 如沉砂、沉淀、气浮等单元进行简单地组合，工艺流程上低效率叠加，并未实现 真f 地一体化处理，因此这些一体化技术的实际应用受到了极大的局限。能否将 一些目前水处理领域中广泛使用的化学和物理法与先进的固液分离技术耦合，集 成在一套体化处理装置中实现一体化操作，降低水处理成本，对于一体化技术 的推广应用显得非常重要。 化学反应和吸附都是一些水处理领域里常用的的技术，如果将这些工艺与先 进的硅藻土预涂膜精密过滤技术结合起来形成一体化吸附( 反应) 预涂膜分离 技术，并且设计出适合工业废水和微污染水处理的一体化设备，必将使这一技术 具有广阔的应用前景。 本文在国家“8 6 3 ”课题( 2 0 0 2 a a 3 0 2 3 0 5 ) “膨润土复合吸附材料及其在废水 处理中的应用”和浙江省科技计划重点项目“吸附( 反应) 分离一体化的新型动 态膜技术”的资助下，开展一体化膨润土吸附预涂膜分离技术处理染料废水和 微污染水的应用研究，即以吸附性能好、价格低廉的膨润土作为吸附剂，与先进 的预涂膜精密分离技术相结合形成一体化来处理这两种废水，考察一体化处理技 术各个工艺条件对出水水质和压降的影响，探讨了一体化吸附预涂膜分离循环 处理的过滤模型。还采用一体化反应预涂膜分离技术处理含高浓度金属离子的 电镀废水，建立实验室小试工艺流程，并优化工艺条件，再在小试基础上进行的 中试研究，分析一体化技术在废水处理的实际应用中的经济技术可行性。 浙江大学硕士论文 第二章一体化水处理技术的研究进展 2 1 前言 水是人类必不可少的资源之一，由于水资源的相对贫乏，使得对污水处理具 有特别重要的意义。传统的水处理方法按照作用原理可分为：物理、化学、物化、 生物四大类。3 “1 。每一种方法又可分成若干小类，它们在实际应用中取得了巨大 成效。但随着工业韵迅猛发展和人们环保意识的增高，那些技术单独处理废水时， 或者表现出无能为力，或者存在着这样或那样的不足。使得很多研究者将高效、 且经济实用、设备简单、管理操作简便等作为衡量一项技术的基本要求。综观近 年发展，国内外学者在发明新型高科技含量的技术的同时，对传统的技术并没有 全部抛弃，而是将其与新的先进技术联用实现一体化处理即扬长避短，又简化 流程，节约用地。因而高效多功能一体化的废水治理设备已成为研究热点。1 。 目前较成熟的一体化水处理技术主要有一体化生化反应技术、体化膜生物反 应技术，一体化吸附( 反应) 分离技术目前还处于探索阶段。 2 2 一体化生化反应技术 一体化生化反应技术是指废水处理时，生化处理过程和沉淀过程在同一个反 应装置内完成的工艺技术。目前国内研制开发的一体化生化反应装簧按生化与其 他不同工艺的组合可分为如下两种： 1 与物理化学方法组合 此类反应器主要采用物理方法对污水中的固体杂质进行分离，同时也兼顾对 污水中有机物的降解。如江小林等研制的以“离心一气浮”复合过程为主要处理工 艺的污水快速处理装置嘲，主要针对营业性餐厅厨房内可利用空间有限、悬浮性 有机物占污水中全部有机物量的比例较大等特点，将溶气的污水引入高速旋转的 离心分离器内进行“离心一气浮”的复合处理。当进水c o d 在3 0 0 一5 0 0m g l 、s s 约5 0 0m g h 、停留时间不超过2 0m i n 的条件下c o d 去除率达6 0 左右，s s 去除率达 8 0 以上。 近年来，高效絮凝剂的不断发展促进了物化工艺在污水处理中的应用，污水 处理趋于物化与生化工艺相结合。化学絮凝剂可以强烈吸附水中的悬浮物与胶 体，可以进一步减少生化处理时间( 0 5 2 h ) 从而更大限度减少占地面积。曹 姝文1 。将混凝处理工艺与生物氧化处理工艺相结合于一体化的处理工艺( 见图 2 1 ) 来处理城市生活污水。其主要工艺原理是利用活性污泥( 生物絮凝体) 有很 2 浙江大学硕士论文 强的吸附能力，在很短的时间内将污水中的悬浮物、胶体等有机物进行吸附，同 时也将易生化的有机物进行分解；在活性污泥处理流程的基础上，增加絮凝剂的 混凝作用，利用化学絮凝剂形成的化学絮凝体的强烈的吸附作用吸附污水中的悬 浮物、胶体等有机物，利用短停留时间( 3 0 1 2 0 m i n ) 的活性污泥曝气处理，配以 高效的絮凝剂，使生物氧化处理与化学混凝强化处理相结合，生物与化学的絮凝 体一起沉淀，将固液分离，达到将污水净化的目的。该处理装置使生化与物化处 理工艺耿长补短，达到最佳的处理效果，同时明显降低药剂消耗量，减少污泥产 生量，降低处理成本的目的。 污水进液泵 图2 i一体化混凝一生化工艺流程图 f i g2 1 s c h e m a t i cd r a w i n go fi n t e r e g a t e dc o a g g l u f i n a f i o n - b i o c h e m i c a lt r e a t m e n t 陈元彩等“1 将絮凝、厌氧酸化、生物接触氧化一体化反应装置来处理造纸制 浆含氯漂白废水，一体化反应装置集絮凝、生化为一体，其实验装置如图2 2 所 示： 6 1 高位槽2 配水池3 管道絮凝器4 p a c5 c g a 药池6 风机7 沉淀8 厌氧9 好氧 图22 一体化絮凝生化实验装置 f i g2 2d i a g r a mo f i n t e r e g a t e df l o c c u l a t i o n - b i o c h e m i c a ls e t 。u p 浙江大学硕士论文 混凝沉淀主要去除分子质量大于3 k , u , 的有机物，而好氧生物处理的有效作用 区域为分子量小于5 0 0 p 的低分子量物质。因此针对造纸漂白废水含有大量难于生 物降解有机物的特征，废水先通过絮凝沉淀去除一部分污染物，再通过厌氧水解 进一步改变漂白废水中难降解物质的分子结构，将大分子的难降解有机物转化为 易降解的小分子有机物，提高废水的可生化性。最终通过生物接触氧化去除大部 分的有机污染物，使废水达标排放。絮凝反应部分利用装有螺旋阻滹扳的管道絮 凝器和侧向进水产生涡旋，促使胶体粒子的相互碰撞产生微絮体，再依靠悬浮层 接触絮凝，即依靠上向水流使成熟的絮凝体处于悬浮状态，当微絮体通过悬浮成 熟絮凝体层时产生接触碰撞絮凝，絮凝污泥层的废水经废水分配板依次进入厌氧 酸化区、好氧曝气区、沉淀区厌氧、好氧区都装有弹性立体填料阶梯环，保证 了微生物能与废水充分接触，好氧区填料上老化的生物膜在上升气、水流的冲刷 下落入厌氧区进一步消化分解，最终落入絮凝区，随着絮凝污泥一起排放。 s u n n ya i y u k 等”采用化学一物理一生物一体化技未来处理城市生活污水，其 装置流程图见下图所示。 图2 3 一体化化学一物理一生物反应装置 f i g23d i a g r a mo fi n t e r e g a t e dc h e m i c a l - p h y s i c a l b i o l o g j ct r e a t m e n ts e t u d 4 浙江大学硕士论文 此一体化工艺先采用化学法作为前处理( c e p s ) ，经前处理的废水再进过一个 上流式厌氧污泥反应器( u a s b ) ，再串连沸石吸附工艺做深度处理以去除水中的 n h ”。先在废水中投加氯化铁混凝剂和阴离子有机絮凝剂进行预处理，c o d 、s s 、 p 0 ”去除率分别达至f j 7 3 、8 5 、8 0 。再把c o d l 4 0 m g l 左右的废水通, n u a s b 反应器，当反应器容积负荷率为0 4 9 c o d l d ( 水力停留时间为 h r t = 1 0h ) 时， c o d 降低至 5 0 m g l 左右。如果将沸石吸附工艺放置在u a s b i _ 艺前，n 旷去除率为 4 5 ，如果将它放置在u a s b 工艺后，作为深度处理，n r + 去除率达1 0 0 。沸石吸 附柱还可以通过离子交换系统再生。一体化处理后的出水可以作为农业灌溉用 水，也可以直接排放。由于该一体化工艺化学药剂成本比较低廉，而且耗能少， 因此是一种低成本的废水处理工艺( 0 0 7 - - 0 1 法郎吨) ，可以在发展中国家作 为城市生活污水处理新技术推广使用。 2 传统的城市污水二级处理的工艺组合 这种一体化工艺主要是将传统的城市污水二级处理工艺组合在一个设备里 “，其中关键的生化处理部分采用接触氧化法，根据接触好氧池的数目又可分为 单级和多级，接触氧化他的容积负荷率为l r0 i 5 k g ( m 3 d ) ，污水在反应器内 总停留时间8 h 左右，研究表明多级比单级反应器处理效果稳定。 为了达到既能去除c o d 、b o d ，也能除磷脱氮的目的，也有人将单级好氧生化 反应器的初沉池用一个厌氧池取代“，或者在厌氧池与好氧他之间再加个缺氧 池“。反应总停留时间l o h 左右，厌氧段的c o d 负荷 o 1 8 k g ( k g d ) ，t k n 负荷 6 2 h 、c o d 4 0 0 m g l 、b o d 8 8 6 ，n h 3 一n 为i 0 6m g l 左右，出水优于国家综 合排放级标准( g b8 9 7 8 1 9 9 6 ) 。 但是有些废水由于水质波动大、种类复杂、毒性高的特点，因此废水的可生 化性较差，难以用一体化生化反应器来处理。 2 3 一体化膜生物反应技术 一体化膜生物反应技术，它是膜分离与生物反应器相组合的种处理新工 艺，膜分离性能好，反应装置占地面积小，处理废水效果好，在处理废水中具有 独特的技术优势，特别在中水回用场合下更是项极具潜力的技术。一体化膜生 浙江大学硕士论文 物反应装置是j 肾膜组件直接安放在生物反应器中，通过泵的负压抽吸作用得到膜 过滤出水“。由于膜浸没在反应器的混合液中，称为浸没式( i m m e r s e d ) 或淹没式 ( s u b e r g e d ) m b r “”。由于减少了膜面污染，而且反应器装置占地省、能耗少，近 年束有关它的应用研究在国外受到关注“”3 。 一体化膜生物反应装置( s m b r ) 处理污水的工艺流程图如图2 4 所示： l 。i h 珥水；n l呵 ii i f 撬量计 压差计 ： 川 、 、 上 舟心心心 h 鼓风机 出水 图2 ，4 一体化一体化膜生物反应装置 f i g2 4d i a g r a mo f i n t e r e g a t e dm e m b r a n e - b i o l o g i c r e a c t i o ns e t - u p 在s m b r 中，膜组件直接置入反应器内，通过真空泵或其他类型泵的抽吸，得 到过滤液；空气搅动在膜的表面产生错流，曝气器设置在膜的正下方，混合液随 气流向上流动，在膜表面产生剪切力，在这种剪切力的作用下，胶体颗粒被迫离 开膜表面，让水透过，得到出水。 一体化膜生物反应装置( s m b r ) 对有机物去除的强化机理有两个方面，一是生 物反应器对有机物的降解作用：由于膜组件浸没在生物反应器内，膜表面积聚了 高浓度的活性污泥絮体，生物降解作用相对于传统的活性污泥法大大增强。s m b r 去除污水中有机物的另个方面是膜对有机大分子物质的截留作用即膜的筛滤 作用对溶解性有机物的去除。溶解性c o d 的去除效果取决于膜的截留作用，膜孔 和膜表面的吸附作用以及膜面沉积层的筛滤和吸附作用。常用于m b r 处理工艺的 膜有微滤膜( m f ) 和超滤膜( u f ) ，其孔径为0 ，l o 4 pm ，可以截留大部分微生物 絮体。 在传统的活性污泥法中，由于受二沉池对污泥沉降特性的影响，当生物处理 达到一定程度时，要继续提高系统的处理效率很困难，往往需要延长水力停留时 问，而在s m b r 中，由于膜分离作用延长了生物反应器的固体停留时间，降低了污 泥产率，提高了容积硝化及有机物去除能力，因此在一体化膜生物反应器中可以 浙江大学硕士论文 在比传统的活性污泥法更短的时间内达到更好的去除效果。但是过长的s r t s d 过 高的污泥浓度会导致f m 值太低，进水c o d 不足以维持反应器中污泥微生物的生长 需要，使细菌比活性降低，种类单一，甚至大量微生物死亡，而死亡微生物细胞 壁的某些组分和粘液物质很难降解，这样就会导致生物处理效果降低。同时，由 于膜分离过程中的物理作用如机械剪切，温度升高等也对生物性状产生很大的影 响，降低了生物活性，破坏了污泥结构。m a r t i nb r o c k m a n n 等“”用不同类型的泵 和阀门进行实验，发现使用正压移动泵( 如蠕动泵，叶片泵等) 要比离心泵相对影 响较小，而使用管阀要比滑阀、球阀效果好一些，低压操作也有利于保持污泥活 性。 国内也有学者开始开展一体化膜生物反应技术的应用研究。刘锐等”开展了 一体化膜生物反应器处理生活污水的中试研究，一体化反应器装置见下图： 0 进水 图2 5 一体化一体化膜生物反应中试流程图 f i g25 s c h e m a t i c d r a w i n g o fi n t e r e g a t e dm e m b r a n e - b i o l o g i cr e a c t i o ni na p i l o t - p l a n t s c a l e 中试试验结果表明：一体式好氧中空纤维膜一生物反应器处理生活污水用于 回用在技术和经济上都是可行的。在不人为排泥的条件下，该系统连续运行1 1 0 多天没有洗膜。系统出水稳定优质( c o d 膨润土原土。 4 2 3 c t m a b 一有机膨润土投加量的脱色率变化曲线 图4 3 显示了不同c t m a b 一有机膨润土投加量条件下的脱色率曲线。 c b 一膨润土莰加量d 0 s a g 善o f c t m a b o 赫n o b 蜘t d 此 g l 一1 ) 图4 3 c t m a b 一有机膨润土投加量对脱色率的影响 f i g 4 3 e f f e c t so f t h e d o s a g e so f c t m a b o r g a n o b e n t o n i t e so nd y er e m o v a lr a t e 由图可见，有机膨润土投加量对脱色率有很大的影响：当投加量小于2 0g - l 1 时， 随着投加量的增多，脱色率相应提高。当投加量为2 0g l 1 时，脱色率可 达9 0 5 ，出水澄清透明。有机膨润土投加量大于等于3 0g l 。1 时，脱色率增加 不明显。 4 2 4 c t m a b 一有机膨润土投加量的压降变化曲线 图4 4 表示在不同有机膨润土投加量的压降变化曲线。 一 堂兰查兰! 主丝奎 r 一 图4 4c t m a b 一有机膨润土的投加量对压降的影响 f 嘻44 e f f e c t so f t h ed o s a g e so f c t m a b o r g a n o b e n t o n i t e so i lp r e s s u r ed r o p 由图44 可见，投加量小于或等于2 0g l 。时，压降r 曲线比较平缓。投加 量等于3 0g l 一1 时，前2 0m i n 压降变化非常迅速。以压降0 0 5m p a 作为一个过 滤过程的终点，当投加量为2 0g l 1 时过滤时间为5 0 m i n ；而当投加量为3 0g l 。 时，过滤时间仅为8 m i n 。 4 2 ，5 不同滤速条件下的脱色率 在c t m a b 一有机膨润投加量为2 0g l 一1 条件下，以压降0 0 5m p a 作为一个 过滤过程的终点，考察了不同滤速条件下废水的脱色率和过滤时间，实验结果见 表4 1 。 表4 1滤速对脱色率和过滤时间的影响 t a n e4 1e f f e c t so f f i l t r a t i o nr a t eo n t h ed y er e m o v a lr a t ea n d t i m e o f f i l t r a t i o n 从表4 1 可见，滤速对过滤时间有很大影响，滤速越大，过滤时间越短。当 滤速小于2 4m h 一1 时，滤速的变化对脱色率影响不大，但当滤速为3 2 i t l t h - 1 或4 0 日墨口2=gm世i_ 浙江大掌硕士论文 mh 。时，脱色率有明显下降。 4 2 6 反冲洗 为考察该一体化技术动态地处理废水的效果，通过连续5 个处理周期的实验 得到多次反冲洗后脱色率和过滤时间的变化结果，如表4 _ 2 所示。 表4 2多次反冲后的脱色率 t a b l e4 2t h e d y er e m o v a l r a t e so f r e p e a t e db a c k w a s h e s 从表4 2 可见，在5 个处理周期内，过滤时间和脱色率变化都不大。这表明 经空气反吹脱泥，再用反向水冲洗后，滤元上堵塞的粘土能很好地冲走，因而重 复涂膜的稳定性比较好，脱色率稳定在( 8 9 士2 ) 范围内。进一步测定表明，其 出水的c o d 从1 2 8n a g l 。1 降低为2 5m g l 一，悬浮物浓度为1 8m g l ，这表明 该一体化技术可以动态地对废水进行处理，且效果显著，具有较好的实际应用前 景。 4 3 讨论 4 3 1 有机膨；闰土吸附染料的性能 将图4 1 的实验数据用l a n g m u i r 吸附模型处理得到的回归系数和饱和吸附量 见表4 - 3 。 l a n g m u i r 方程可表示为： 1 g 2 i g o + k g o 1 c e( 2 ) 式中，g 为吸附量( m gg 1 ) ，g o 为饱和吸附量( r a g g 。) ，c e 为染料在溶液中 的平衡浓度( m g - l 。) ，k 为经验常数( m g - l 。) 。 浙江大掌硕士论文 表4 3等温吸附曲线的回归数据 t a b l e4 3r e g r e s s i o nd a t af o ri s o t h e r m a la d s o r p t i o nc u l v e s 经改性后的c t m a b 一有机膨涧土和c p c 一有机膨润土对酸性橙i i 的吸附性 能较原土大大提高。c t m a b - - 有机膨润土的饱和吸附量为原的7 6 倍。膨润 土原土由于其表面硅氧结构极强的亲水性及层间阳离子的水解，故未经改性的膨 润土原土吸附处理有机物的性能较差。经阳离子表面活性剂改性制得的有机膨润 土，因其有机碳含量增加，疏水性能得以改善口s 1 。因此，吸附水中有机物的能 力大大增强。c t m a b 有机膨润土吸附脱色率是原土的8 倍左右。有文献报道硅 藻土对染料也有一定的吸附k ，但未经改性的硅藻土吸附能力并不突出。1 0 0 m g 一的酸性橙i i 染料溶液中加入2 0g - l 。硅藻土，达到吸附平衡时其脱色率也 仅达到2 6 。因此，本文使用硅藻的主要目的在于它是种良好的助滤剂， 丽染料色度的去除应该归因于有机膨润土的吸附作用。对于吸附过程而言，有机 膨润土投加量越多吸附脱色效果越好。当投加量小于2 0 昌l 。1 时，由于投加量太 少导致吸附脱色效果不明显，吸附平衡后，溶液中酸性橙i i 的浓度仍然很大，不 能满足出水达标的要求。当投加量为2 og l “时，脱色率达到9 0 5 ，出水基本 满足达标要求。因此为了达到吸附脱色的目的，投加量应该达到2 0g - l 一。 另一方面，在一体化吸附预涂膜分离技术处理时，有机膨润土投加量对过滤 时的压降变化有较大影响。当投加量为3 0g l 1 时，由于悬浮物较多，预涂膜易 被堵塞，压降变化过快。过滤8m i n 后，压降即达到设定的极限值( o 0 5m p a ) ， 过滤停止。由于过滤时间过短，此时溶液中还含有大量的膨润土，固液分离尚未 完成。当投加量为2 0g l 。时，过滤时间为5 0m i n ，悬浮物浓度小于1 8 m g - l 。 而且此时吸附反应6 0m i n ，吸附达到平衡，脱色率可达9 0 5 ，出水符合达标要 求，吸附与分离同时结束。因此本实验选择2 0g l 。为有机膨润土的最佳投加量。 在有机膨润土的最佳投加量条件下，我们发现脱色效果还跟循环过滤的滤速 有关。这是因为，滤速越大，膨润土被截留得越快，压降变化也越快，过滤时间 越短。当滤速大于2 4m h 。时，过滤时间小于吸附平衡时间，且滤速越大有机 膨润土吸附就越远离平衡，因此脱色率随滤速增加雨减小；当滤速小于2 4i t i h 时，过滤时间大于吸附平衡时间，滤速对脱色率的影响不大。当滤速为2 4m h - 1 时，出于过滤时间接近吸附平衡时间，这样既能有效利用有机膨润土的吸附容量， 充分发挥其高效吸附性能，同时也可以使吸附过程与分离过程在同一套装置里同 浙江大掌硕士论文 时进行同时结束，实现体化技术处理。因此本文选择2 4m h 1 为最佳滤速。 4 3 2 一体化技术处理周期 本文将吸附过程和分离过程在同一台处理装置上同步进行，实现动态的一体 化吸附预涂膜分离技术处理，缩短处理时间。一体化技术处理周期等于预涂膜 过滤循环处理的周期，包括三部分：预涂时间、过滤时间、反冲时间。预涂所需 时间为1 0m i n ，预涂过程与吸附反应同步进行，在这前1 0r a i nc t m a b 一有机膨 润对酸性橙i i 染料废水的吸附速度很快，1 0m i n 时脱色率已经达到7 4 7 ，而 下一阶段的吸附脱色率变化开始变缓，因此为了缩短一体化技术处理周期的时 间，吸附1 0m i n 后开始进行分离。由于采用循环过滤，在过滤过程中还可以继 续进行二次吸附，因此最终脱色率可以达到9 0 5 。当滤速为2 4m h ，有机膨 澜投加量为2 0g l 。时，经过5 0r a i n 过滤后，压降达烈预定极限值( o 0 5m p a ) ， 悬浮物浓度小于1 8m g l ，出水澄清，固液分离完成。此时，吸附反应6 0r a i n ， 有机膨润土也达到吸附平衡，过滤和吸附过程同时结束。最后进行反冲，反冲对 间5m i n 。因此体化吸附预涂膜分离技术一个处理周期所需的时间为6 5m i n 。 4 3 3 一体化技术与单独的吸附、过滤脱色效果对比 图4 5 对一体化吸附预涂膜分离技术与单独的有机膨润土吸附、硅藻土过滤 处理效果进行了对比。 圈4 ，5 有机膨润土吸附、硅藻土过滤与一体化技术处理效果的比较 f i g 、4 。5 t h e t r e a t m e n t e f f i c t i v e n e s sc o m p a r i s o n o f _ h e d i a t o m i t e f l i r t a t i o n o r g a n o b e n t o n i t e sa d s o r p t i o na n dt h ei n t e g r a t e dt e c h n o l o g y 浙江大学硕士论文 结果表明，在相同的实验条件下都经过6 0m i n 处理后，有机膨润土吸附( 投 加量为2 ，0g 一) 、硅藻过滤以及一体化技术