山東濰坊MBR膜地埋式一體化污水處理設(shè)備【詳細(xì)介紹】

市政污水由于來源復(fù)雜，常含有大量難降解物質(zhì)，如目前受到廣泛關(guān)注的醫(yī)藥品及個人護(hù)理用品 (pharmaceuticals and personal care products，PPCPs)和內(nèi)分泌干擾物(endocrine disrupting chemicals，EDCs)等，盡管這些污染物在水中濃度低，但往往毒性危害大，易生物積累，有的還具有“三致效應(yīng)”[2]. 污水處理廠出水可能在達(dá)到現(xiàn)行環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)指標(biāo)要求的同時，對此類物質(zhì)的削減效果不佳. 這些物質(zhì)一旦進(jìn)入到環(huán)境中，會影響各級生物的正常生長、 繁殖，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的損傷，危及生態(tài)系統(tǒng)的完整和健康，具有潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn). 例如，Castillo等[3]的研究中，污水費(fèi)氏弧菌(Vibrio fischeri)發(fā)光抑制率與總有機(jī)碳(total organic carbon， TOC)不存在明顯的直接相關(guān)性，即 TOC 的削減不能表征污水對發(fā)光菌毒性的消除. Sponza[4]對紙漿和造紙廠污水進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，一些樣品達(dá)到了行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)，但是急性毒性測試結(jié)果顯示對魚和藻仍存在毒性. 由此看來，污水處理廠出水已成為威脅水環(huán)境健康的一個重要的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源. 為了實(shí)現(xiàn)城市污水的資源化和無害化，必須對污水處理前后的毒性變化進(jìn)行研究[5]，對于回用于與人直接接觸、 農(nóng)業(yè)灌溉、 水產(chǎn)養(yǎng)殖的污水的深度處理工藝前后的毒性變化也應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測.

按萃取液與污泥干重比12 L ∶1 kg加入不同類型的萃取劑溶液(表1),萃取污泥中生物可利用態(tài)重金屬[15].樣品溶液充分搖勻后將離心管放置于回旋式振蕩器,轉(zhuǎn)速為230 r ·min-1,振蕩5h,離心分離后,用0.45μm濾膜過濾萃取液到PE小瓶,采用原子吸收光譜法(AAS,福立AA1700)測定萃取液中重金屬的濃度,以干重計(jì)算污泥中重金屬生物可利用態(tài)含量.每個樣品平行萃取3次.

污水處理過程中產(chǎn)生的污泥,是多種菌膠團(tuán)與其吸附的有機(jī)和無機(jī)物組成的集合體.隨著我國城市污水處理率的不斷提高,污泥的產(chǎn)量也隨之不斷增大. 到2010年底,全國城鎮(zhèn)污水處理量有343億m3,每年產(chǎn)出的脫水污泥接近2200萬t,其中有80%未得到處理.大量來自生活和工業(yè)生產(chǎn)的重金屬在污水處理過程中,50%～80%以上會通過吸附或沉淀而轉(zhuǎn)移濃縮到污泥中.

由于污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分元素,污泥種植利用成為一種成本效益的處置方法.然而,污泥在種植利用過程中,可遷移重金屬會釋放進(jìn)入生態(tài)環(huán)境，重金屬生物可利用部分會被植物吸收利用,對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害風(fēng)險(xiǎn).而且,由于污泥*暴露在環(huán)境中,重金屬元素的不穩(wěn)定形態(tài)(如可遷移的酸溶態(tài)、 還原態(tài)、 氧化態(tài)等)會逐漸釋放進(jìn)入環(huán)境介質(zhì),致使重金屬在污泥作為種植泥質(zhì)利用時會產(chǎn)生生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn).污泥中重金屬的生物可利用性、 存在形態(tài)及其生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)程度限制其大規(guī)模土地利用.

　　為了降低污泥利用時有害重金屬的影響,目前常采用有機(jī)酸和螯合劑EDTA等對污泥重金屬進(jìn)行化學(xué)淋洗去除 .化學(xué)淋洗雖然能將污泥中生物可利用態(tài)或可遷移態(tài)除去,但污泥在種植利用過程中仍會存在浸出毒性風(fēng)險(xiǎn),危害生態(tài)環(huán)境.因此，本研究針對廣州市不同類型城市污水處理污泥，考察了污泥中重金屬含量、 存在形態(tài)及其潛在生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn); 分析了污泥中重金屬生物可利用態(tài)去除前后重金屬浸出毒性風(fēng)險(xiǎn)的變化，以期為城市污水處理污泥的無害化處置和資源化利用提供了科學(xué)依據(jù).

1.1污泥理化性質(zhì)測定

　　分別采用烘干法、電位法、 外加熱容量法、乙酸銨法、開氏法和鉬銻抗比色法測定采集的污泥和萃取過的污泥樣品的含水率、pH值、有機(jī)質(zhì)(OM)、陽離子交換量(CEC)、總氮(TN)、總磷(TP)和總鉀(TK)含量[9].

1.2 污泥中重金屬總量測定

　　分別稱取0.5000 g干污泥樣品置于50 mL的玻璃消解管中,加入10 mL的HNO3浸泡過夜,再加入0.5 mL高氯酸,在石墨消解儀上130℃加熱消解至溶液剩余2~3 mL時,將溶液倒入容量瓶中,用去離子水定容至刻度線.取部分消解液加入鹽酸羥胺,直到溶液反應(yīng)平衡.將兩種消解液同時采用微波等離子體發(fā)射光譜(MP-AES,配MSIS系統(tǒng),Agilent MP 4100)測定污泥中重金屬(As、 Hg、 Cd、 Cr、 Cu、 Pb、 Ni和Zn)含量.每個樣品平行消解3份,同時帶流程空白.實(shí)驗(yàn)用酸皆為優(yōu)級純,水為超純水.分析過程中用土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07401和GBW07406進(jìn)行質(zhì)量控制,其分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值差異小于10%.

1.3 污泥中重金屬生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)

　　重金屬對生態(tài)環(huán)境的毒性依賴于其遷移行為和被吸收利用程度[10],而重金屬的遷移能力和生物可利用性分別由重金屬的賦存形態(tài)和生物可利用性大小決定[11, 12]. 因此本研究從重金屬的遷移風(fēng)險(xiǎn)和生物可利用性風(fēng)險(xiǎn)兩方面評估污泥中重金屬的生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn).

1.4 污泥中重金屬的賦存形態(tài)特征

污泥中重金屬形態(tài)采用歐共體標(biāo)準(zhǔn)化局提出的BCR法[11]分析.BCR程序?qū)⒅亟饘夙樞蛱崛?種形態(tài),分別為酸溶態(tài)(F1,主要為可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài))：采用0.11 mol ·L-1乙酸按樣液比1(g) ∶40 (mL)室溫下振蕩萃取16h; 還原態(tài)(F2,鐵錳氧化物結(jié)合態(tài))：采用0.1 mol ·L-1 NH2 OH ·HCl(pH=2.0)溶液按樣/液=1/40室溫下振蕩萃取16h; 氧化態(tài)(F3,有機(jī)質(zhì)與硫化物結(jié)合態(tài))：先用8.8 mol·L-1 H2 O2(pH=2.5)按樣液比1/20在85℃水浴2h,之后用1 mol ·L-1 NH4Ac(pH=2.0)按樣液比1/50室溫下振蕩萃取16 h; 殘?jiān)鼞B(tài) (F4 )：按總量分析消解法處理.稱取適量的濕污泥樣品于100 mL的PE離心管中,采用上述BCR法萃取操作連續(xù)提取污泥中重金屬各形態(tài),離心后上清液用0.45 μm濾膜過濾.每步殘?jiān)肈DW離心清洗后進(jìn)行下一步萃取.MP-AES測定上清液中Cu、 Cr、 Pb 和Zn.各形態(tài)含量以濕沉積物含水率校正. 每個樣品平行萃取3次.

污泥中可遷移重金屬部分包括溶液中水合重金屬離子、 在固相上專性吸附重金屬離子及與碳酸鹽礦物共沉淀金屬離子,即為重金屬酸溶態(tài),這部分重金屬可被0.11 mol ·L-1的HOAc*萃取出來[13].因此污泥中重金屬酸溶態(tài)大小決定其中重金屬的遷移風(fēng)險(xiǎn)程度.

1.5 污泥中重金屬生物可利用態(tài)萃取

　　土壤中金屬元素生物可利用態(tài)的提取劑大致有三類：以無機(jī)鹽為主的提取劑,使用濃度較大,在性質(zhì)上代表了金屬元素的陽離子可代換部分; 弱酸類，在性質(zhì)上模擬了植物根系有機(jī)酸分泌所造成的微酸性環(huán)境; 有機(jī)絡(luò)合物,使用濃度較低,在性質(zhì)上模擬了植物根系有機(jī)酸分泌物對金屬元素吸附的部分[12, 14].稱取采集的污泥濕樣各6g于50mL的離心管中。

2012年兩次從污泥處置車間各采集脫水后濕污泥樣,混勻后用聚乙烯袋封口保存.形態(tài)和浸出毒性分析之前放在冰箱中4℃保存.取部分污泥樣品置于陰涼、 通風(fēng)處晾干,用玻璃棒壓散,于烘箱中(100 ± 5)℃干燥4 h后,用四分法多次篩選后取30g污泥樣品,用瑪瑙研缽磨至樣品全部通過150μm (100目)尼龍篩,裝入密封袋備用.

   目前，超濾膜法對污水DOM分子量進(jìn)行表征已趨于成熟，簡單易操作，并能得到大量的分離水樣，用作進(jìn)一步的分析. 三維熒光光譜法， 3D-EEM)對DOM熒光性質(zhì)進(jìn)行表征是近年來廣泛用于研究DOM熒光性質(zhì)的一種分析技術(shù)，同時也是一種新型的水質(zhì)分析方法. 三維光譜圖中熒光峰的位置可定性指示熒光物質(zhì)的類型和性質(zhì)，熒光光譜以水中各類有機(jī)物的特征熒光強(qiáng)度之和表示水中熒光類有機(jī)物的綜合含量，以特征熒光峰中心zui大熒光強(qiáng)度作為表征水中某類溶解性有機(jī)物含量的指標(biāo)，與傳統(tǒng)表征有機(jī)物含量的水質(zhì)參數(shù)相比，不僅能反映有機(jī)物的濃度，同時還可以提供有機(jī)物組成成分的信息. 發(fā)光細(xì)菌毒性測試法，是zui常用的微生物毒性測試方法，因其*的生理特性，與現(xiàn)代光電檢測手段*匹配的特點(diǎn)而備受關(guān)注. 中國、 美國現(xiàn)都已將發(fā)光細(xì)菌毒性測試法作為水質(zhì)急性毒性測試的標(biāo)準(zhǔn)方法，并發(fā)布了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，具有快速、 靈敏的特點(diǎn).

1.6污泥樣品的采集與預(yù)處理

　　污泥樣品采自廣州4種不同類型的污水處理所產(chǎn)生的污泥,包括生活污水處理污泥(LDW)、 化工廢水處理污泥(NSW),電鍍廢水處理污泥(DDW)和造紙廢水處理污泥(ZZW),這些污泥目前處置方式除LDW做建筑材料外,其它污泥皆是填埋. 

一、山東濰坊MBR膜地埋式一體化污水處理設(shè)備概述
      MBR一體化設(shè)備利用膜生物反應(yīng)器（MBR）進(jìn)行污水處理及回用的一體化設(shè)備，其具有膜生物反應(yīng)器的所有優(yōu)點(diǎn)：出水水質(zhì)好，運(yùn)行成本低、系統(tǒng)抗沖擊性強(qiáng)、污泥量少，自動化程度高等，另外，作為一體化設(shè)備，其具有占地面積小，便于集成。它既可以作為小型的污水回用設(shè)備，又可以作為較大型污水處理廠（站）的核心處理單元，是目前污水處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。

工作原理

MBR是一種將高效膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法相結(jié)合的新型高效污水處理工藝，它用具有*結(jié)構(gòu)的MBR平片膜組件置于曝氣池中，經(jīng)過好氧曝氣和生物處理后的水，由泵通過濾膜過濾后抽出。它利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物質(zhì)截留住，省掉二沉池。活性污泥濃度因此大大提高，水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）可以分別控制，而難降解的物質(zhì)在反應(yīng)器中不斷反應(yīng)、降解。

由于MBR膜的存在大大提高了系統(tǒng)固液分離的能力，從而使系統(tǒng)出水，水質(zhì)和容積負(fù)荷都得到大幅度提高，經(jīng)膜處理后的水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高(超過*A標(biāo)準(zhǔn))，經(jīng)過消毒，zui后形成水質(zhì)和生物安全性高的優(yōu)質(zhì)再生水，可直接作為新生水源。由于膜的過濾作用，微生物被*截留在MBR膜生物反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)了水力停留時間與活性污泥泥齡的*分離，消除了傳統(tǒng)活性污泥法中污泥膨脹問題。膜生物反應(yīng)器具有對污染物去除效率高、硝化能力強(qiáng)，可同時進(jìn)行硝化、反硝化、脫氮效果好、出水水質(zhì)穩(wěn)定、剩余污泥產(chǎn)量低、設(shè)備緊湊、占地面積少(只有傳統(tǒng)工藝的1/3-1/2)、增量擴(kuò)容方便、自動化程度高、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。