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(gè)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(shí)，對(duì)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(huì)影響各級(jí)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(duì)發(fā)光菌毒性的消除. Sponza[4]對(duì)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(cè)試結(jié)果顯示對(duì)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(gè)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(duì)污水處理前后的毒性變化進(jìn)行研究[5]，對(duì)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(cè).

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(cè)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(gè)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(huì)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(huì)釋放進(jìn)入生態(tài)環(huán)境，重金屬生物可利用部分會(huì)被植物吸收利用,對(duì)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(huì)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(shí)會(huì)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(shí)有害重金屬的影響,目前常采用有機(jī)酸和螯合劑EDTA等對(duì)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(huì)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(shí),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(shí)采用微波等離子體發(fā)射光譜(MP-AES,配MSIS系統(tǒng),Agilent MP 4100)測(cè)定污泥中重金屬(As、 Hg、 Cd、 Cr、 Cu、 Pb、 Ni和Zn)含量.每個(gè)樣品平行消解3份,同時(shí)帶流程空白.實(shí)驗(yàn)用酸皆為優(yōu)級(jí)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(duì)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(píng)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(cè)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(gè)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(duì)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(duì)污水DOM分子量進(jìn)行表征已趨于成熟，簡(jiǎn)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(duì)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(shí)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(shí)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(cè)試法，是zui常用的微生物毒性測(cè)試方法，因其*的生理特性，與現(xiàn)代光電檢測(cè)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(cè)試法作為水質(zhì)急性毒性測(cè)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(dòng)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(shí)間（HRT）和污泥停留時(shí)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(shí)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(duì)污染物去除效率高、硝化能力強(qiáng)，可同時(shí)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(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。