污泥基活性炭質制備方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及污泥基活性炭質制備方法及其應用。
【背景技術】
[0002]膜生物反應器工藝是一種集膜過濾與生物處理于一體的新型高效生物處理裝置，具有工藝流程簡單、占地面積小、基建投資少、運行費用較低、操作管理方便，而且出水水質優良、污泥停留時間和水力停留時間分離、便于自動化控制等優點。雖然膜生物反應器工藝存在以上的優點，也存在著一些不足，主要是反應器內較容易產生膜污染，導致系統處理污水能力下降，進而導致膜清洗周期頻繁，投資與運行管理成本增高，從而阻礙膜生物反應器工藝的推廣與應用。現今已研宄了大量的方法來解決膜污染等問題，如投加粉末活性炭于膜生物反應器工藝；粉末活性炭-膜生物反應器工藝可以提高污水處理去污效能，減緩膜污染。投加粉末活性炭后的結果看似具有前景；但粉末活性炭投加量大且費用高，這提高了城市污水廠的運行成本，從而阻礙了其規模化應用。
[0003]隨著經濟的發展與人口數量的增長，污水的排放量與污水處理率的不斷提高，使城市污水廠大規模地興起，相應的污泥產量劇增。根據《中國污泥處理處置市場報告(2011版)》分析顯示，我國污水處理廠所產生的污泥有80%沒有得到妥善處理，污泥隨意堆放所造成的污染與再污染問題已經凸顯而出，引起了社會各界的關注。同時，根據政府規劃，“十二五”期間我國污泥處理處置設施建設投資將達347億元。現階段，污泥處理的宗旨是使污泥的處置、經濟的效益與環境保護之間達到一個平衡狀態，而最佳的方法是對污泥進行資源化利用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了解決現有污水處理廠產生的剩余污泥量高而導致的環境二次污染問題，另外還解決了膜生物反應器污水處理過程中去污效能有限，膜污染嚴重而導致運行成本高的問題，為實現上述目的本發明的具體方案如下:
[0005]一種污泥基活性炭質制備方法，包括以下步驟:
[0006]I)城市污水進入膜生物反應器，在反應器內經生化反應后產生剩余污泥，然后剩余污泥經脫水到含水率為60%?80%，最后在101?105°C條件下烘干，其中膜生物反應器的膜孔徑為0.01?0.1 μ m，水力停留時間是2?12h，活性污泥濃度為3?15g/L，污泥停留時間是10?60d，曝氣氣水比是5:1?30:1，溶解氧濃度是2?4mg/L ；
[0007]2)烘干的污泥碾磨成50?200目后與酸類或者堿類或者鹽類活化劑以質量比1:0.2?1:5混合，在常溫下放置12?48h，再在100?110°C放置12?48h烘干，然后在高溫400?1000°C、無氧或氮氣環境下活化10?240min ；
[0008]3)活化后產物碾磨成50?200目，再用I?3mol/L鹽酸在常溫下酸洗I?20min，然后用去離子水清洗至清洗后水的pH值為6.5?7.5 ;
[0009]4)水洗后產物在101?105°C條件下烘干，得到污泥基活性炭質。
[0010]優選的，所述步驟I)中膜生物反應器的抽吸壓力是5?50kPa，膜通量是5?80L/Hi2.h，抽吸時間是5?15min ;反沖洗時的膜通量為1.5?3倍抽吸時的膜通量，反沖洗時間為30?60s。
[0011]優選的，所述步驟I)中酸類活化劑為磷酸或鹽酸或硫酸，堿類活化劑為氫氧化鉀或氫氧化鈉，鹽類活化劑為氯化鋅。
[0012]污泥基活性炭質在強化膜生物反應器城市污水處理去污效能與膜污染控制的方法，包括以下步驟:
[0013]由膜生物反應器產生的剩余污泥制備而成的污泥基活性炭質材料通過投加系統投加于膜生物反應器，其中膜生物反應器的膜孔徑為0.01?0.1 μ m，水力停留時間是2?12h ;活性污泥濃度為3?20g/L ;污泥停留時間是10?60d，曝氣氣水比是5:1?30:1，溶解氧濃度是2?4mg/L ；
[0014]待處理城市污水進入反應器內，經活性炭質材料的吸附與反應器內活性污泥生物協同處理，再經膜過濾后出水。
[0015]優選的，污泥基活性炭質材料以逐日投加法為膜生物反應器運行初期初次投加0.5?5g/L的污泥基活性炭質材料，并在運行過程中根據污泥齡情況，每天投加污泥基活性炭質材料來補充由于剩余污泥排出所導致的損失量。
[0016]優選的，污泥基活性炭質材料以逐月投加法為膜生物反應器運行初期投加5?20g/L的污泥基活性炭質材料，并在后續的每個月一次性投加0.5?1.5倍初次投加量的污泥基活性炭質材料。
[0017]優選的，所述膜生物反應器的抽吸壓力是5?50kPa，膜通量是5?80L/m2.h，抽吸時間是5?15min ;反沖洗時的膜通量為1.5?3倍抽吸時的膜通量，反沖洗時間為30?60so
[0018]優選的，投加了污泥基活性炭質材料的膜生物反應器產生了剩余污泥，該剩余污泥含有一定量的污泥基活性炭質材料，將此剩余污泥再次制備成污泥基活性炭質材料，然后按將此污泥基活性炭質材料投加于膜生物反應器，以此強化去污效能與緩解膜污染，使整個工藝得以循環運行，達到膜生物反應器污泥零排放與強化污水去污效能、膜污染控制的目標。
[0019]本發明提供的污泥基活性炭質制備方法不僅解決了城市污水廠污泥量多，對環境極易造成二次污染的問題，而且污泥基活性炭質材料能形成高的比表面積與孔容體積，對污染物有較高的吸附作用。根據污泥基活性炭質的優良性能，能作為良好的吸附劑材料投加于膜生物反應器中，以此強化膜生物反應器的城市污水處理效能與膜污染控制。
[0020]投加于膜生物反應器后，污泥基活性炭質材料不僅對城市污水中的污染物有強大的物理吸附效果，使各種污染物去除率升高；而且活性炭質材料的存在增加了其表面吸附微生物、酶與有機物的可能性，這使微生物能更好地進行新陳代謝，從而使大量微生物繁殖于污泥基活性炭質材料表面。因此，污泥基活性炭質材料的吸附作用與其表面的生物作用協同作用于城市污水中的污染物，對城市污水中的污染物進行去除。
[0021]而且，污泥基活性炭質材料投于膜生物反應器后形成的生物污泥基活性炭質材料，通過吸附作用與絮凝作用，不斷地在城市污水中消耗膠體狀物質與胞外聚合物，降低膜污染，因為這些物質都是貼附于膜表面并且引起膜表面的污染物。另一方面，膜生物反應器中的生物絮體以污泥基活性炭質材料為核心的條件下將會更加密實，不易因曝氣作用而破壞絮體結構而產生釋放出引起膜污染的胞外聚合物，因此該方法能降低反應器內的膜污染。
[0022]總之，本發明是一個令城市污水廠污泥零排放資源化、制備低廉與高效的污泥基活性炭質材料，并且回用于膜生物反應器強化城市污水處理效能與膜污染控制的方法。該方法充分利用城市污水廠中膜生物反應器工藝產生的污泥中含有的有機物質，通過一定的化學手段將剩余污泥制備成為具多孔結構的吸附材料；同時將污泥制備而成的吸附劑材料強化膜生物反應器工藝處理城市污水的去污效能、減緩膜污染，這既達到了廢棄物的資源化利用，又實現了以廢治廢的目的，對城市污水處理與污泥處置技術具有深遠的影響與非常高的利用價值。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合具體實施例來詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
[0024]實施例1
[0025]膜生物反應器污泥零排放資源化污泥基活性炭質制備方法，按照以下步驟進行:
[0026]一、城市污水進入到膜生物反應器，經生化反應后產生剩余污泥；其中膜生物反應器的運行參數如下:1)膜組件為超濾膜，膜的類型是中空纖維膜或者管狀膜或者平板膜，膜的材質為聚偏氟乙烯或者聚氯乙烯或者聚乙稀，膜的孔徑為0.01?0.1 μπι ;2)水力停留時間是2?12h (小時)，活性污泥濃度為3?20g/L，污泥停留時間是10?60d (天)；3)曝氣作用是:一是對膜生物反應器內微生物供氧，二是對膜組件的膜絲進行沖刷清洗來降低膜污染程度，氣水比是5:1?30:1，溶解氧濃度是2?4mg/L ；4)抽吸壓力是5?50kPa，膜通量是5?80L/m2.h，抽吸時間是5?15min ;反沖洗時的膜通量為1.5?3倍抽吸時的膜通量，反沖洗時間為30?60s (秒)。
[0027]二、對膜生物反應器產生的剩余污泥進行化學活化制備污泥基活性炭質材料的過程如下:1)剩余污泥經脫水至含水率為60?80%，然后在烘干101?105°C條件下烘干；2)烘干后的污泥碾磨成50?200目后與酸類或者堿類或者鹽類活化劑以質量比1:0.2?1:5混合，在常溫下放置12?48h (小時)，再在100?110°C放置12?48h (小時)烘干，然后在高溫400?1000°C、無氧或氮氣環境下活化10?240min ；3)活化后產物碾磨成50?200目后