透水混凝土生態(tài)膜法處理城市生活污水

(暨南大學(xué)環(huán)境工程系,廣東廣州510632)

[摘　要] 　采用水泥、碎石、粉煤灰及活性材料CRLT - 1等制作了不同配比的透水混凝土生態(tài)膜,利用原子吸收儀測定其在水體中的離子溶釋過程,并通過渠式反應(yīng)系統(tǒng)對該透水膜進(jìn)行了生物掛膜和污水處理實(shí)驗(yàn). 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)過這種透水混凝土膜法處理后的污水中化學(xué)需氧量(CODCr )的濃度可達(dá)到國家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn).

[關(guān)鍵詞] 　混凝土生態(tài)膜; 　離子溶釋; 　污水處理

治理水污染已經(jīng)成為當(dāng)前城鎮(zhèn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中迫切需要解決的重要問題之一. 但是按照傳統(tǒng)活性污泥法工藝建設(shè)城市污水處理廠需要大量的投資,目前不是所有地區(qū)都有這樣的經(jīng)濟(jì)承受力. 因此,尋求低成本高效污水處理技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急. 新型低成本透水混凝土生態(tài)膜法生活污水處理技術(shù)正是為了適應(yīng)這種要求而研制開發(fā)的. 該技術(shù)是在廣東省科技計(jì)劃基金和國家自然科學(xué)基金的資助下,經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)摸索,以水泥、砂石、電廠粉煤灰和活性材料等廉價(jià)材料制成了透水混凝土膜體,并采用微生物培養(yǎng)法使膜體表面粘掛多種微生物,形成具有物理過濾、生物吸附、化學(xué)吸附等多種功能的透水混凝土生態(tài)膜,其建設(shè)成本和運(yùn)行成本可降低
到傳統(tǒng)活性污泥處理法的1 /3,而處理出水水質(zhì)將可接近傳統(tǒng)二級處理出水水質(zhì). 從理論上講,它具有造價(jià)低、運(yùn)行費(fèi)用少、處理效率高、管理和維護(hù)方便的特點(diǎn)和優(yōu)勢,可望滿足大中型住宅區(qū)污水處理的實(shí)際需要. 本文是該項(xiàng)研究的部分成果之一.

透水混凝土生態(tài)膜在材料組分和耐用性方面不同于普通生物膜,在結(jié)構(gòu)形式上也不同于生態(tài)混凝土,具有普通生物膜的功能和生態(tài)混凝土耐久性好的優(yōu)點(diǎn).

關(guān)于生態(tài)混凝土的研究也是近10余年開展起來的. 國外從20世紀(jì)90年代開始研究能改善水質(zhì)的混凝土材料,其中日本處于領(lǐng)先地位. 1995年日本混凝土工學(xué)協(xié)會(huì)提出了生態(tài)混凝土的概念[ 2 ] : 1995. 02～1996. 02日本長崎大學(xué)進(jìn)行了生態(tài)混凝土海水現(xiàn)場試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)生態(tài)混凝土具有富集營養(yǎng)物質(zhì)的功能[ 3 ] . 國外應(yīng)用于污水處理的生態(tài)混凝土通常為大孔混凝土(porous concrete) ,在混凝土內(nèi)具有大量的連通孔,因此有良好的透水性并依靠大孔混凝土的物理、化學(xué)以及生物化學(xué)作用來達(dá)到凈水的目的[ 4 ] . 但是國外至今沒有做到實(shí)際應(yīng)用,主要原因是污水中的固體物質(zhì)沉積在混凝土上,會(huì)很快堵塞大孔混凝土的孔隙,使其失去了凈水功能;并且普通大孔混凝土凈水效果(尤其是濁度等)還不夠理想、混凝土在流動(dòng)水中鈣離子大量流失,使水泥水化產(chǎn)物分解而造成強(qiáng)度降低直至破壞,所以混凝土的耐久性不夠,且沒有設(shè)計(jì)出合理使用生態(tài)混凝土的實(shí)際工程應(yīng)用方法和如何確定其凈水效果. 國內(nèi)近7年才開始有學(xué)者關(guān)注生態(tài)混凝土的研究;如同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳志山教授等[ 5 - 6 ] 1997年開始研究生態(tài)混凝土材料,采用普通水泥和砂石等材料制作生態(tài)混凝土,研制了一種沉淀、過濾和曝氣三合一的(側(cè)濾)處理裝置,較好地解決了固體物質(zhì)在生態(tài)混凝土上的堆積問題,在應(yīng)用于上海市某小區(qū)、金山鎮(zhèn)等地的生活污水處理實(shí)驗(yàn)中,取得了比較好的結(jié)果. 但是,迄今為止,用于城市污水處理的生態(tài)混凝土技術(shù)存在如下不足:一、污水中的固體物質(zhì)沉積在混凝土上,很快堵塞了小孔混凝土的孔隙使其失去了凈水功能;二、對生態(tài)混凝土的凈水機(jī)理的了解還處在很模糊的狀態(tài)[ 7 ] ;三、還沒有設(shè)計(jì)出合理使用生態(tài)混凝土的實(shí)際工程應(yīng)用的工藝技術(shù)方法.

鑒于以上原因,本課題組汲取了生態(tài)混凝土的研究經(jīng)驗(yàn),從生物膜技術(shù)出發(fā),基于大幅降低掛膜介質(zhì)成本的考慮,提出了混凝土生態(tài)膜的概念,并進(jìn)行了組分選擇、離子溶釋測定、生物掛膜和污水處理實(shí)驗(yàn)研究.

1　實(shí)驗(yàn)方法

1. 1　組分選擇實(shí)驗(yàn)

從經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度,選定混凝土生態(tài)膜的組分材料主要為水泥、黃沙、碎石、粉煤灰和活性材料CRLT - 1. 實(shí)驗(yàn)比選了不同組分配比的強(qiáng)度、表面粗糙度、制作難度等,最終選定組分最佳配比為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) :水泥30%、黃沙35%、碎石20%、粉煤灰10%和CRLT - 1材料5%.

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