申請(qǐng)日2015.06.16

　　公開(公告)日2015.09.30

　　IPC分類號(hào)C02F3/12; B01J20/30; B01J20/20; C02F11/00

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種污泥基活性炭質(zhì)制備方法，還公開了污泥基活性炭質(zhì)的應(yīng)用以及應(yīng)用方法。本發(fā)明是一個(gè)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(zhì)材料，并且回用于膜生物反應(yīng)器強(qiáng)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(yīng)器工藝產(chǎn)生的污泥中含有的有機(jī)物質(zhì)，通過一定的化學(xué)手段將剩余污泥制備成為具多孔結(jié)構(gòu)的吸附材料;同時(shí)將污泥制備而成的吸附劑材料強(qiáng)化膜生物反應(yīng)器工藝處理城市污水的去污效能、減緩膜污染，這既達(dá)到了廢棄物的資源化利用，又實(shí)現(xiàn)了以廢治廢的目的，對(duì)城市污水處理與污泥處置技術(shù)具有深遠(yuǎn)的影響與非常高的利用價(jià)值。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種污泥基活性炭質(zhì)制備方法，其特征在于包括以下步驟：

　　1)城市污水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)生化反應(yīng)后產(chǎn)生剩余污泥， 然后剩余污泥經(jīng)脫水到含水率為60%～80%，最后在101～105℃條件下烘干， 其中膜生物反應(yīng)器的膜孔徑為0.01～0.1μm，水力停留時(shí)間是2～12h，活性污泥 濃度為3～15g/L，污泥停留時(shí)間是10～60d，曝氣氣水比是5:1～30:1，溶解氧 濃度是2～4mg/L;

　　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(zhì) 量比1:0.2～1：5混合，在常溫下放置12～48h，再在100～110℃放置12～48h 烘干，然后在高溫400～1000℃、無氧或氮?dú)猸h(huán)境下活化10～240min;

　　3)活化后產(chǎn)物碾磨成50～200目，再用1～3mol/L鹽酸在常溫下酸洗 1～20min，然后用去離子水清洗至清洗后水的pH值為6.5～7.5;

　　4)水洗后產(chǎn)物在101～105℃條件下烘干，得到污泥基活性炭質(zhì)。

　　2.如權(quán)利要求1所述的污泥基活性炭質(zhì)制備方法，其特征在于：

　　所述步驟1)中膜生物反應(yīng)器的抽吸壓力是5～50kPa，膜通量是5～80 L/m2·h，抽吸時(shí)間是5～15min;反沖洗時(shí)的膜通量為1.5～3倍抽吸時(shí)的膜通量， 反沖洗時(shí)間為30～60s。

　　3.如權(quán)利要求1所述的污泥基活性炭質(zhì)制備方法，其特征在于：

　　所述步驟1)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。

　　4.如權(quán)利要求1所述的污泥基活性炭質(zhì)在強(qiáng)化膜生物反應(yīng)器城市污水處 理去污效能與膜污染控制的應(yīng)用。

　　5.如權(quán)利要求4所述的污泥基活性炭質(zhì)在強(qiáng)化膜生物反應(yīng)器城市污水處 理去污效能與膜污染控制的方法，其特征在于包括以下步驟：

　　由膜生物反應(yīng)器產(chǎn)生的剩余污泥制備而成的污泥基活性炭質(zhì)材料通過投 加系統(tǒng)投加于膜生物反應(yīng)器，其中膜生物反應(yīng)器的膜孔徑為0.01～0.1μm，水 力停留時(shí)間是2～12h;活性污泥濃度為3～20g/L;污泥停留時(shí)間是10～60d，曝 氣氣水比是5:1～30:1，溶解氧濃度是2～4mg/L;

　　待處理城市污水進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)活性炭質(zhì)材料的吸附與反應(yīng)器內(nèi)活性 污泥生物協(xié)同處理，再經(jīng)膜過濾后出水。

　　6.如權(quán)利要求5所述的污泥基活性炭質(zhì)在強(qiáng)化膜生物反應(yīng)器城市污水處 理去污效能與膜污染控制的方法，其特征在于：

　　污泥基活性炭質(zhì)材料以逐日投加法為膜生物反應(yīng)器運(yùn)行初期初次投加 0.5～5g/L的污泥基活性炭質(zhì)材料，并在運(yùn)行過程中根據(jù)污泥齡情況，每天投 加污泥基活性炭質(zhì)材料來補(bǔ)充由于剩余污泥排出所導(dǎo)致的損失量。

　　7.如權(quán)利要求5所述的污泥基活性炭質(zhì)在強(qiáng)化膜生物反應(yīng)器城市污水處 理去污效能與膜污染控制的方法，其特征在于：

　　污泥基活性炭質(zhì)材料以逐月投加法為膜生物反應(yīng)器運(yùn)行初期投加 5～20g/L的污泥基活性炭質(zhì)材料，并在后續(xù)的每個(gè)月一次性投加0.5～1.5倍初 次投加量的污泥基活性炭質(zhì)材料。

　　8.如權(quán)利要求5所述的污泥基活性炭質(zhì)在強(qiáng)化膜生物反應(yīng)器城市污水處 理去污效能與膜污染控制的方法，其特征在于：

　　所述膜生物反應(yīng)器的抽吸壓力是5～50kPa，膜通量是5～80L/m2·h，抽吸 時(shí)間是5～15min;反沖洗時(shí)的膜通量為1.5～3倍抽吸時(shí)的膜通量，反沖洗時(shí)間 為30～60s。

　　9.如權(quán)利要求5所述的污泥基活性炭質(zhì)在強(qiáng)化膜生物反應(yīng)器城市污水處 理去污效能與膜污染控制的方法，其特征在于：

　　投加了污泥基活性炭質(zhì)材料的膜生物反應(yīng)器產(chǎn)生了剩余污泥，該剩余污 泥含有一定量的污泥基活性炭質(zhì)材料，將此剩余污泥再次制備成污泥基活性 炭質(zhì)材料，然后按將此污泥基活性炭質(zhì)材料投加于膜生物反應(yīng)器，以此強(qiáng)化 去污效能與緩解膜污染，使整個(gè)工藝得以循環(huán)運(yùn)行，達(dá)到膜生物反應(yīng)器污泥 零排放與強(qiáng)化污水去污效能、膜污染控制的目標(biāo)。

　　說明書

　　污泥基活性炭質(zhì)制備方法及其應(yīng)用

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及污泥基活性炭質(zhì)制備方法及其應(yīng)用。

　　背景技術(shù)

　　膜生物反應(yīng)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(yùn)行費(fèi)用較低、操 作管理方便，而且出水水質(zhì)優(yōu)良、污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)間分離、便于 自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。雖然膜生物反應(yīng)器工藝存在以上的優(yōu)點(diǎn)，也存在著一些 不足，主要是反應(yīng)器內(nèi)較容易產(chǎn)生膜污染，導(dǎo)致系統(tǒng)處理污水能力下降，進(jìn) 而導(dǎo)致膜清洗周期頻繁，投資與運(yùn)行管理成本增高，從而阻礙膜生物反應(yīng)器 工藝的推廣與應(yīng)用�，F(xiàn)今已研究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(yīng)器工藝;粉末活性炭-膜生物反應(yīng)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(jié)果看似具有前景;但 粉末活性炭投加量大且費(fèi)用高，這提高了城市污水廠的運(yùn)行成本，從而阻礙 了其規(guī)�；瘧�(yīng)用。

　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人口數(shù)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(guī)模地興起，相應(yīng)的污泥產(chǎn)量劇增。根據(jù)《中國污泥 處理處置市場報(bào)告(2011版)》分析顯示，我國污水處理廠所產(chǎn)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(jīng)凸顯而 出，引起了社會(huì)各界的關(guān)注。同時(shí)，根據(jù)政府規(guī)劃，“十二五”期間我國污泥處 理處置設(shè)施建設(shè)投資將達(dá)347億元�，F(xiàn)階段，污泥處理的宗旨是使污泥的處 置、經(jīng)濟(jì)的效益與環(huán)境保護(hù)之間達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，而最佳的方法是對(duì)污泥 進(jìn)行資源化利用。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥量高而導(dǎo)致的 環(huán)境二次污染問題，另外還解決了膜生物反應(yīng)器污水處理過程中去污效能有 限，膜污染嚴(yán)重而導(dǎo)致運(yùn)行成本高的問題，為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明的具體方 案如下：

　　一種污泥基活性炭質(zhì)制備方法，包括以下步驟：

　　1)城市污水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)生化反應(yīng)后產(chǎn)生剩余污泥， 然后剩余污泥經(jīng)脫水到含水率為60%～80%，最后在101～105℃條件下烘干， 其中膜生物反應(yīng)器的膜孔徑為0.01～0.1μm，水力停留時(shí)間是2～12h，活性污泥 濃度為3～15g/L，污泥停留時(shí)間是10～60d，曝氣氣水比是5:1～30:1，溶解氧 濃度是2～4mg/L;

　　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(zhì) 量比1:0.2～1：5混合，在常溫下放置12～48h，再在100～110℃放置12～48h 烘干，然后在高溫400～1000℃、無氧或氮?dú)猸h(huán)境下活化10～240min;

　　3)活化后產(chǎn)物碾磨成50～200目，再用1～3mol/L鹽酸在常溫下酸洗 1～20min，然后用去離子水清洗至清洗后水的pH值為6.5～7.5;

　　4)水洗后產(chǎn)物在101～105℃條件下烘干，得到污泥基活性炭質(zhì)。

　　優(yōu)選的，所述步驟1)中膜生物反應(yīng)器的抽吸壓力是5～50kPa，膜通量是 5～80L/m2·h，抽吸時(shí)間是5～15min;反沖洗時(shí)的膜通量為1.5～3倍抽吸時(shí)的膜 通量，反沖洗時(shí)間為30～60s。

　　優(yōu)選的，所述步驟1)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。

　　污泥基活性炭質(zhì)在強(qiáng)化膜生物反應(yīng)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：

　　由膜生物反應(yīng)器產(chǎn)生的剩余污泥制備而成的污泥基活性炭質(zhì)材料通過投 加系統(tǒng)投加于膜生物反應(yīng)器，其中膜生物反應(yīng)器的膜孔徑為0.01～0.1μm，水 力停留時(shí)間是2～12h;活性污泥濃度為3～20g/L;污泥停留時(shí)間是10～60d，曝 氣氣水比是5:1～30:1，溶解氧濃度是2～4mg/L;

　　待處理城市污水進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)活性炭質(zhì)材料的吸附與反應(yīng)器內(nèi)活性 污泥生物協(xié)同處理，再經(jīng)膜過濾后出水。

　　優(yōu)選的，污泥基活性炭質(zhì)材料以逐日投加法為膜生物反應(yīng)器運(yùn)行初期初 次投加0.5～5g/L的污泥基活性炭質(zhì)材料，并在運(yùn)行過程中根據(jù)污泥齡情況， 每天投加污泥基活性炭質(zhì)材料來補(bǔ)充由于剩余污泥排出所導(dǎo)致的損失量。

　　優(yōu)選的，污泥基活性炭質(zhì)材料以逐月投加法為膜生物反應(yīng)器運(yùn)行初期投 加5～20g/L的污泥基活性炭質(zhì)材料，并在后續(xù)的每個(gè)月一次性投加0.5～1.5倍 初次投加量的污泥基活性炭質(zhì)材料。

　　優(yōu)選的，所述膜生物反應(yīng)器的抽吸壓力是5～50kPa，膜通量是5～80 L/m2·h，抽吸時(shí)間是5～15min;反沖洗時(shí)的膜通量為1.5～3倍抽吸時(shí)的膜通量， 反沖洗時(shí)間為30～60s。

　　優(yōu)選的，投加了污泥基活性炭質(zhì)材料的膜生物反應(yīng)器產(chǎn)生了剩余污泥， 該剩余污泥含有一定量的污泥基活性炭質(zhì)材料，將此剩余污泥再次制備成污 泥基活性炭質(zhì)材料，然后按將此污泥基活性炭質(zhì)材料投加于膜生物反應(yīng)器， 以此強(qiáng)化去污效能與緩解膜污染，使整個(gè)工藝得以循環(huán)運(yùn)行，達(dá)到膜生物反 應(yīng)器污泥零排放與強(qiáng)化污水去污效能、膜污染控制的目標(biāo)。

　　本發(fā)明提供的污泥基活性炭質(zhì)制備方法不僅解決了城市污水廠污泥量 多，對(duì)環(huán)境極易造成二次污染的問題，而且污泥基活性炭質(zhì)材料能形成高的 比表面積與孔容體積，對(duì)污染物有較高的吸附作用。根據(jù)污泥基活性炭質(zhì)的 優(yōu)良性能，能作為良好的吸附劑材料投加于膜生物反應(yīng)器中，以此強(qiáng)化膜生 物反應(yīng)器的城市污水處理效能與膜污染控制。

　　投加于膜生物反應(yīng)器后，污泥基活性炭質(zhì)材料不僅對(duì)城市污水中的污染 物有強(qiáng)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(zhì)材料的 存在增加了其表面吸附微生物、酶與有機(jī)物的可能性，這使微生物能更好地 進(jìn)行新陳代謝，從而使大量微生物繁殖于污泥基活性炭質(zhì)材料表面。因此， 污泥基活性炭質(zhì)材料的吸附作用與其表面的生物作用協(xié)同作用于城市污水中 的污染物，對(duì)城市污水中的污染物進(jìn)行去除。

　　而且，污泥基活性炭質(zhì)材料投于膜生物反應(yīng)器后形成的生物污泥基活性 炭質(zhì)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(zhì) 與胞外聚合物，降低膜污染，因?yàn)檫@些物質(zhì)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(yīng)器中的生物絮體以污泥基活性炭質(zhì)材料 為核心的條件下將會(huì)更加密實(shí)，不易因曝氣作用而破壞絮體結(jié)構(gòu)而產(chǎn)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(yīng)器內(nèi)的膜污染。

　　總之，本發(fā)明是一個(gè)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(zhì)材料，并且回用于膜生物反應(yīng)器強(qiáng)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(yīng)器工藝產(chǎn)生的 污泥中含有的有機(jī)物質(zhì)，通過一定的化學(xué)手段將剩余污泥制備成為具多孔結(jié) 構(gòu)的吸附材料;同時(shí)將污泥制備而成的吸附劑材料強(qiáng)化膜生物反應(yīng)器工藝處 理城市污水的去污效能、減緩膜污染，這既達(dá)到了廢棄物的資源化利用，又 實(shí)現(xiàn)了以廢治廢的目的，對(duì)城市污水處理與污泥處置技術(shù)具有深遠(yuǎn)的影響與 非常高的利用價(jià)值。