透水混凝土生態(tài)膜法處理城市生活污水

(暨南大學環(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,并通過渠式反應系統(tǒng)對該透水膜進行了生物掛膜和污水處理實驗. 實驗結果表明,經(jīng)過這種透水混凝土膜法處理后的污水中化學需氧量(CODCr )的濃度可達到國家相關排放標準.

[關鍵詞] 　混凝土生態(tài)膜; 　離子溶釋; 　污水處理

治理水污染已經(jīng)成為當前城鎮(zhèn)社會經(jīng)濟發(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)濟承受力. 因此,尋求低成本高效污水處理技術是當務之急. 新型低成本透水混凝土生態(tài)膜法生活污水處理技術正是為了適應這種要求而研制開發(fā)的. 該技術是在廣東省科技計劃基金和國家自然科學基金的資助下,經(jīng)過反復實驗摸索,以水泥、砂石、電廠粉煤灰和活性材料等廉價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、化學吸附等多種功能的透水混凝土生態(tài)膜,其建設成本和運行成本可降低
到傳統(tǒng)活性污泥處理法的1 /3,而處理出水水質將可接近傳統(tǒng)二級處理出水水質. 從理論上講,它具有造價低、運行費用少、處理效率高、管理和維護方便的特點和優(yōu)勢,可望滿足大中型住宅區(qū)污水處理的實際需要. 本文是該項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,在結構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.

關于生態(tài)混凝土的研究也是近10余年開展起來的. 國外從20世紀90年代開始研究能改善水質的混凝土材料,其中日本處于領先地位. 1995年日本混凝土工學協(xié)會提出了生態(tài)混凝土的概念[ 2 ] : 1995. 02～1996. 02日本長崎大學進行了生態(tài)混凝土海水現(xiàn)場試驗,發(fā)現(xiàn)生態(tài)混凝土具有富集營養(yǎng)物質的功能[ 3 ] . 國外應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、化學以及生物化學作用來達到凈水的目的[ 4 ] . 但是國外至今沒有做到實際應用,主要原因是污水中的固體物質沉積在混凝土上,會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、混凝土在流動水中鈣離子大量流失,使水泥水化產(chǎn)物分解而造成強度降低直至破壞,所以混凝土的耐久性不夠,且沒有設計出合理使用生態(tài)混凝土的實際工程應用方法和如何確定其凈水效果. 國內(nèi)近7年才開始有學者關注生態(tài)混凝土的研究;如同濟大學材料科學與工程學院陳志山教授等[ 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(側濾)處理裝置,較好地解決了固體物質在生態(tài)混凝土上的堆積問題,在應用于上海市某小區(qū)、金山鎮(zhèn)等地的生活污水處理實驗中,取得了比較好的結果. 但是,迄今為止,用于城市污水處理的生態(tài)混凝土技術存在如下不足:一、污水中的固體物質沉積在混凝土上,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)混凝土的凈水機理的了解還處在很模糊的狀態(tài)[ 7 ] ;三、還沒有設計出合理使用生態(tài)混凝土的實際工程應用的工藝技術方法.

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,從生物膜技術出發(fā),基于大幅降低掛膜介質成本的考慮,提出了混凝土生態(tài)膜的概念,并進行了組分選擇、離子溶釋測定、生物掛膜和污水處理實驗研究.

1　實驗方法

1. 1　組分選擇實驗

從經(jīng)濟實用角度,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. 實驗比選了不同組分配比的強度、表面粗糙度、制作難度等,最終選定組分最佳配比為(質量分數(shù)) :水泥30%、黃沙35%、碎石20%、粉煤灰10%和CRLT - 1材料5%.

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