活性炭在膜生物反應器中的應用

劉濤，秦磊，張國亮，范錚

（浙江工業大學海洋學院，浙江杭州310014）

環保技術

活性炭在膜生物反應器中的應用

劉濤，秦磊，張國亮，范錚*

（浙江工業大學海洋學院，浙江杭州310014）

介紹了活性炭在膜生物反應器上各方面的用途，包括好氧活性顆粒污泥的形成、作為預處理降解難降解廢水、抗波動性的優化、劑量的選擇以及COD和氨氮的去除有較好的應用價值。

膜生物反應器；好氧顆粒污泥；波動性

0 引言

隨著人口的增加，淡水的需求量逐年增加，部分地區已經嚴重供水不足，因此污水成為越來越重要的水資源。膜生物反應器作為一種結合膜分離與生物技術，具有占地面積小，出水水質高的優點，越來越受到人們的關注，然而由于膜污染等因素加大了運行成本，阻礙了膜生物反應器的廣泛應用。

添加劑對膜生物反應器的研究國外有多篇報道。Shi W X[1]探討了8 g/L黏土對膜生物反應器的影響，總氮去除率提高了40%，膜污染略有降低；Rezaei M[2]在膜生物反應器中加入8 g/L沸石，氨氮去除率增高了24%，膜污染降低了66%；Yuniarto A[3]對比了2 g/L活性炭和2 g/L沸石對膜生物反應器的影響，發現無論COD去除率、臨界通量的提高、膜污染的降低，活性炭都優于沸石。已有季明[4]綜述了活性炭在膜生物反應器中的應用，但活性炭在膜生物反應器中應用廣泛，因此還需更詳細的闡述。

1 活性炭作為好氧活性顆粒污泥的載體

活性污泥顆粒相對于絮狀污泥來說具有顆粒直徑大，沉降性能好的優點，近年來關于其報道也越來越多。王一波[5]、高陽[6]利用活性炭作為載體成功培養了活性污泥顆粒，并對其性能進行了研究；馬春探討了活性顆粒污泥在有機有毒廢水的處理、乳品廢水的處理、氮和磷的去除、重金屬和染料的去除、顆粒物的去除、核廢料的去除等方面應用[7]。國外亦有相關的報道，Wang Y對比了好氧顆粒污泥、普通污泥、膨脹污泥在高水通量的情況下對膜污染的影響，發現好氧顆粒污泥膜生物反應器可以在20 L/（m2·h）高水通量的情況下穩定運行61天，遠遠超過了普通污泥和膨脹污泥的運行時間[8]。

2 活性炭吸附與膜生物反應器的聯用處理高難度廢水

但其廣泛應用還有很大的局限，尤其在處理高難度廢水方面。染料廢水、醫藥廢水等都具有生化活性低的特點，因此僅僅依靠膜生物反應器難以達到排放的標準。活性炭作為一種優秀的吸附材料，具有比表面積大、吸附效率高的優點，可以彌補膜生物反應器的不足。

2.1 處理染料廢水

印染廢水一般都有高水溶性和大量的發色基團，目前對其的處理方法主要有絮凝、高級氧化、吸附和生物降解。單獨運行膜生物反應器需要較大的體積和較長的水力停留時間才能達到處理的效果，并且還會帶來較大的膜污染，因此運行前進行預處理不失為一個較好的辦法。活性炭吸附、Fe-C內電解等都可以達到預處理的效果。Qin L利用Fe-C內電解進行預處理蒽醌染料廢水，然后運行膜生物反應器，污染物去除率達到86%[9]。

2.2 處理醫藥廢水

醫藥廢水含有大量醫藥品、消毒劑[10]、內分泌干擾素、抗生素[11]等，其中大部分具有高毒性，會對微生物的新陳代謝產生抑制作用。醫藥廢水中污染物種類繁多，膜生物反應器只對其中疏水且為供電子基團的污染物有較好的處理效果，因為疏水性污染物可以被污泥顆粒吸附，提高了水力停留時間。然而很多親水性污染物難以去除，Kovalova L利用活性炭吸附作為預處理，彌補了膜生物反應器的不足，取得了理想的效果[12]。

3 增強膜生物反應器抗波動性

膜生物反應器在實際運行過程中，膜生物反應器會受到各方面的干擾。污水溫度、pH、鹽度、有機負載等都隨時間不斷變化，因此提高膜生物反應器的抗波動性具有很大的現實意義。De Temmerman L投加粉末活性炭探討鹽度的變化對膜生物反應器的影響，發現未加入粉末活性炭，當鹽度突然升高時，活性污泥可過濾性降低，污泥顆粒直徑迅速降低，SMP（可溶微生物代謝物）中蛋白質和多糖的含量都增大，ESP（胞外聚合物）中蛋白質和多糖由于單價氯離子增大，由污泥中進入混合液中，成為了膜污染物；添加粉末活性炭時，活性污泥的可過濾性，SMP中蛋白質、多糖含量都保持穩定[13]。Ma C投加50 g/L粉末活性炭，當溫度從20℃降低到10℃時，氨氮的去除依舊保持在90%以上，膜污染速率沒有明顯的增大[14]；Lyko S研究發現低溫影響膜生物反應器的運行和污泥組成，造成了嚴重的膜污染。添加活性炭為微生物提供了一個適宜的環境，緩沖了pH、溫度、鹽度突變對膜生物反應器造成的不利影響[15]。

4 活性炭的用量對膜污染的影響

Remy M研究發現，當活性炭濃度低至0.5 g/L時，就可以對膜污染的緩解起到了促進作用[16]。大量研究認為投加粉末活性炭不僅可以緩解膜污染，還可以提高COD、氨氮等的去除率，然而Ng C A研究發現如果沒有大量新的活性炭補充，投加活性炭卻會造成更為嚴重的膜污染[17]，這和以前的研究矛盾。Remy M認為投加活性炭增強污泥的可過濾性不是由于增強了剪切力和吸附性造成的，而是因為形成了高強度污泥和污染物釋放的減小造成的[18]。Ng C A最新研究發現投加活性炭在低污泥停留時間才會有較好的膜污染控制效果，這樣是因為不斷有新的活性炭加入[19]。

5 添加活性炭對污染物去除的提高

5.1 去除COD

投加活性炭會形成生物活性炭，微生物生長在活性炭表面上，加大了微生物與污染物的接觸面積，提高了COD的去除率。Nguyen L N投加活性炭運行膜生物反應器，COD去除率達到95%，相對于空白膜生物反應器的75%有很大的提高[20]；Wang G投加活性炭處理垃圾滲濾液，COD的去除率達到了80%以上[21]；Guo W投加5 g/L的活性炭模擬廢水，COD去除率超過了95%[22]。

5.2 去除氨氮

投加活性炭的膜生物反應器往往會增加對氨氮的去除效率，這是因為活性炭為微生物提供了一個適宜的環境，加快了微生物的新陳代謝。活性炭的周圍有相對厭氧的環境，因此可以在好氧膜生物反應器中同時進行反硝化，因此可以增大氨氮的去除效率。Wang G投加活性炭處理老年垃圾滲濾液，氨氮的去除率達到了80%以上[21]；Ma C添加50 g/L的活性炭在低溫下處理微污染水，氨氮的去除率就達到了93%[23]。

6 小結

活性炭不僅可以作為載體有助于形成活性顆粒污泥，還可以作為膜生物反應器的預處理來達到較好的難降解污染物的去除效果。添加活性炭，使膜生物反應器更能抵抗外界環境的變化，適量的劑量還能緩解膜污染，對COD、氨氮的去除有很大幫助。

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阿科瑪計劃提高常熟工廠PVDF產量

阿科瑪宣布：將在上海毗鄰的城市——常熟增加25%的聚偏氟乙烯產量。通過此次投資，阿科瑪在三大洲——歐洲、北美和亞洲經營生產設施，在此領域鞏固其世界霸主地位。自2012年常熟的聚偏氟乙烯含氟聚合物產量翻倍，最新增長的25%產量將進一步支持其亞洲客戶數量的增長，尤其在新能源（電池和太陽光電）和水資源，以及傳統的涂料和工業市場。這一投資充分顯示了該集團成功的創新應用程序的研發，解決可持續發展的問題，應對未來可能會遇到的一些挑戰。有這項投資的協助，常熟將會變成亞洲整個地區最大的PVDF工廠。由于在其質量、可信度和響應度上有著極好的表現，這個工廠是專為客戶提供真正有價值而做的事情。

（來源：http：//www.polymer.cn/polymernews/2016-10-26/_2016102684520155.htm）

Application of Active Carbon in Membrane Bioreactor

LIU Tao,QIN Lei,ZHANG Guo-liang,FAN Zheng*
（Ocean College，Zhejiang University of Technology，Hangzhou，Zhejiang 310014，China）

This paper introduced the application of active carbon in all aspects of membrane bioreactor on the aerobic activity,including the formation of granular sludge,as the pretreatment of refractory wastewater degradation,anti volatility,the dose ofselection and optimization of COD and ammonia nitrogen removal.

membrane bioreactor；aerobic granular sludge；volatility

1006-4184（2016）11-0042-03

膜生物反應器雖然具有出水水質高的優點，

2016-03-25

浙江省科技廳公益項目（2014C33032）,浙江省科技廳公益項目（2016C33007)。

劉濤（1989-)，男，碩士研究生，研究方向為膜分離與水處理技術。E-mail：0702liutao@163.com。

*通訊作者：范錚，E-mail：fanzh@zjut.edu.cn。