污水直接膜过滤用于农灌可行性试验.pdf

[ 7] 孔建松. 种子发芽率评价堆肥腐熟度的方法学研究. 吉林大学 硕士学位论文, 1999. [ 8] 张相锋, 王洪涛, 聂永丰, 殷勇. 猪粪和锯末联合堆肥的中试研 究. 农村生态环境, 2002, 18 4 19-22. [ 9] Inoko A,Miyamatsu K ,Sugahara K ,et al. On some organic constiruents of city refuse composts produced in Japan. Soil Sci Plant Nutr, 1979, 25 225-234. [ 10] M. P . Be rnal, C. Pare de s. Maturity and stability parameters of composts prepared with a wide range of organic wastes. Bioresource Technology , 1998, 63 91 -99. [ 11] Garcia C, T Henandez F Costa , J A Pascual. Phytoxicity due to the agricultural use of urban waste Ger mination experiments CA. J. Sci. food Agric, 1992, 59 313-319. [ 12] 张文标, 叶良明等. 竹醋液的组分分析. 竹子研究汇刊, 2001, 20 4 72 -77. 作者通讯处 王敦球 541004 广西 桂林工学院资环系 电话 0773 5896340 E -mail pshengzj2004yahoo . com. cn 2005- 05-23 收稿 污水直接膜过滤用于农灌可行性试验 ＊ 郝晓地 李会海 陈新华 北京建筑工程学院可持续环境生物技术研发中心, 北京 100044 摘要 本试验尝试用膜直接截留污水中对人体健康有害的细菌 病毒, 而保留水中对作物有益的氮、磷等营养元素, 以 期实现水、肥双成分资源化。 试验结果表明, 无论是微滤膜还是超滤膜均对细菌及粪大肠菌有很高的截留率 99. 9～ 99. 999 , 污水中有机物、氮与磷的保留率分别为 32～ 67、72～ 78和 60～ 62。 用渗滤液灌溉的 小麦较之清水灌溉和常规灌溉的小麦, 麦穗单重分别提高 13和 7. 5。 关键词 污水资源化 膜过滤 微 超滤 错流过滤 农灌 1 研究背景 农业灌溉用水量大, 且水质要求低。因此, 在污 水资源化方面应优先考虑农业回用的问题。事实上, 污水中所谓污染物质, 如有机物 CODCr BOD5 、氮 N 和磷 P 等,对植物 作物是潜在的营养物质成分。 如果通过一种技术手段将污水中真正有害的成 分 病原菌和病毒有效分离 ,则能充分利用污水的 “水” 、 “肥”双重资源 ,让污水变成一种“营养液” 。 膜分离技术已成功用于活性污泥法的泥 、 水分离 MBR [ 1] ,但是膜分离技术直接应用于过滤污水的情 况并不多见。韩国研究人员已做了对宾馆盥洗废水 用膜过滤后回用的试验研究 [ 2] ; 荷兰和法国研究人员 对城市污水作了直接过滤的试验研究 [ 3,4] 。 本研究的目的是试验生活污水经膜 微滤 超滤 过滤有效截留病原菌和病毒,同时最大限度地保留污 水中CODCr与N、 P 等营养成分,用之灌溉冬小麦等作物。 ＊中国教育部归国留学人员科研启动资金项目 编号 202 -247 ; 北 京 市 教 委 科 技 发 展 计 划 项 目 编 号KM200310016072; KZ200410016017 。 2 试验装置与试验方法 2. 1 试验用膜 试验用膜为微滤膜和超滤膜 。其中微滤膜分为 无机微滤膜 陶瓷膜 和有机微滤膜 。无机微滤膜为 非对称式多孔道陶瓷膜; 有机微滤膜为中空纤维膜。 两类膜的技术参数见表 1。 表 1 试验用膜基本参数 项目 陶瓷膜 微滤 CMF-M -200 有机膜 超滤 FL5003 -LT 有机膜 微滤 FL5003 -LT-M 纯水通量 L m- 2h- 1 800 0. 1 MPa102 0. 2 MPa180 0 . 15 MPa 制造材料α -Al2O3 ZrO2聚丙烯腈聚丙烯腈 膜表面孔径 nm20080 000 MWCO200 膜组件长度 mm1 000380380 膜表面积 m2 0 . 220. 2470. 247 膜组件外径 mm301 . 5 膜丝外径1 . 5 膜丝外径 膜通道内径 mm40 . 9 膜丝内径0 . 9 膜丝内径 适用 pH 值范围1～ 145. 5 ～ 9. 55. 5 ～ 9 . 5 2. 2 试验装置 试验装置如图 1 所示。膜的操作方式为错流过 73 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 滤 Cross Flow 开放系统。进料泵提供膜组件所需要 的错流速度和操作压力 。通过对阀门 1、2 的调整可 以实现不同的操作压力和错流速度。浓缩液返回到 料液箱,产生的渗滤液收集后作为膜组件的反冲洗用 水。反冲洗泵所能提供的反冲洗压力为 0. 3 MPa 。 图 1 试验装置示意图 2. 3 试验方法 在正式进行污水过滤之前用清水测定膜的清水 通量 ,作为膜的原始通量 。最初在膜的污水试验过程 中,每隔一定时间 10 min 就要停止正常操作, 进行 反冲洗 用过滤后的水或清水 , 反洗时间 30 s 到 120 s不等, 视具体运行情况而定 。每次试验结束后, 再对膜进行清水通量测试 ,以判断其污染程度 。若清 水通量维持在膜原始清水通量的 80以上, 不需化 学清洗,只进行反洗即可 ,可连续试验。 本试验的主要目的是探求膜的最佳运行工况点, 即在保证出水水质稳定的情况下如何防止膜过早污 染,以最大限度地延长膜的工作周期 。使得操作压 力、 错流速度 污水在孔道内的流速 和通量在经济上 达到优化 。 2. 4 原水水质 试验用原污水为北京建筑工程学院某公寓生活 污水 ,水质成分见表 2。 表 2 原污水水质 浊度 NTU SS mg L- 1 CODCr mgL- 1 TN mgL- 1 TP mgL- 1 细菌 106个 mL- 1 大肠杆菌 105个 100 mL- 1 13011226012092450 注 表中数据为平均值。 2. 5 试验步骤 在试验期间 ,渗透通量、 操作压力、错流速度和污 水温度分别记录。膜组件操作压力和错流速度均由 进水泵提供; 通过控制阀门 1,2的开启度以获得相应 的操作压力和错流速度 。其中操作压力通过进出口 及渗滤液出口处的压力表读取 。 在一个试验工况结束后, 膜用自来水 ,以0. 3MPa 的压力反洗。若膜组件污染严重, 则通过化学法清 洗。陶瓷膜的化学清洗方法包括碱洗 次氯酸钠 NaClO ,0. 5v v 酸洗 HNO3,0. 75v v 的混合清 洗方式; 有机膜的化学清洗方法主要为碱洗 次氯酸 钠NaClO, 0. 75～ 1 v v 最后用自来水冲洗膜 表面 。 3 试验结果与讨论 3. 1 污水直接膜过滤可行性试验 在整个试验中两类膜表现出良好的化学稳定性, 进而保证了出水水质的稳定性 。在整个试验期间 ,膜 组件没有受到损伤, 并且持续稳定地获得了所期望的 渗滤液 。污水直接膜过滤后 , 在悬浮物去除率达 100 的同时, 对细菌的去除率也高达 99. 9以上。 与此同时, 对病毒去除也保持与细菌相同的水平 有 待进一步证实并探讨其截留机理 。因此 ,可以认为 该渗滤液作为农作物的灌溉用水,在健康安全性方面 可以得到保证。作为农作物生长所需 N、P 等营养元 素,大部分以溶解性成分被保留在渗滤液中, 见表 3。 表 3 原污水与渗滤液组分及相应去除率 项目 陶瓷膜 0. 2 μ m 微滤 0. 2 μ m 超滤 80 000MWCO 平均去除率 陶瓷膜微滤超滤 浊度 NTU99100 SS mg L- 1---100100100 CODCr mgL- 11409567335568 总氮 mgL- 1908680252228 总磷 mgL- 15. 25. 65. 4423840 细菌总数 个 mL- 121042. 2104210399. 999. 999. 99 大肠杆菌 个 100mL- 1 5 000 1 00020099. 9999. 99 99. 999 3. 2 膜的截留作用 试验中采用的膜对于悬浮物、 浊度以及绝大部分 细菌, 是一个非常好的截留屏障; 本试验采用的微滤 膜 包括陶瓷膜和有机膜 孔径为 0. 2 μ m , 采用的超 滤膜, 其截留分子量为80 000 Dalton。两类膜的截留 机理主要为机械截留作用 ,即膜具有截留比它孔径大 或相当微粒等杂质的作用 ,即筛分作用。这一结果已 被早期学者发现 [ 5] ,并可以通过污水中颗粒粒径分布 加以解释。原水中大多数颗粒粒径分布在 20 ～ 30 μ m,小于膜名义孔径 0. 2 μ m 的颗粒几乎不存在。 所以, 两类膜对悬浮物的截留率均高达到 100。由 74 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 于污水中浊度大部分由悬浮物和胶体物质构成, 所 以,在悬浮物去除的同时原水的浊度去除率亦高达 99以上 。对于有机物 , 构成 CODCr的主要成分多为 溶解性, 所以, 微滤膜对 CODCr的去除率较低, 约为 40 左右。同理, 污水中 N、P 绝大部分也是溶解性 的,所以, 本试验中两类膜对两者的去除率分别维持 在25和 40。 膜孔径作为天然屏障可以近乎 100的截留大 肠杆菌。尽管病毒的物理尺寸小于细菌 ,但试验及他 人研究均发现, 微滤膜对于病毒具有同样截留作 用 [ 6] 。微滤膜实际可截留小于其孔径病毒的机理可 能有如下 3 种情形 ①病毒作为细菌的寄生体而随细 菌一并截留; ②膜在过滤过程中水中微粒物质会在膜 表面发生积累从而形成更为致密的动态分离层,游离 病毒被阻截在分离层表面 ; ③膜的微观孔道非直壁式 而呈曲曲弯弯的迷宫态 如非对称膜 , 游离病毒被膜 内孔壁所截留。 3. 3 工艺出水灌溉冬小麦的试验 试验过程中 ,为说明工艺出水用于农作物灌溉的 可行性 ,用渗滤液和其它方式进行了植物 作物灌溉 对比试验 。其中 ,农作物选用冬小麦为试验对象。灌 溉试验由 3 块试验田 各 35 cm 45 cm 组成; 于 2003 年10月 15日 ,各播种冬小麦 8g 。灌溉分别用清 水 纯自来水 、渗滤液和常规灌溉 即自来水外加化 肥 实施, 以1 、 2 、 3 分别表示。 试验进行中 ,观察 、 拍照记录各个试验田中的小 麦生长发育情况 。待到 2003 年 6 月 1 日收获期时, 除1 小麦的麦穗较小、较短, 麦杆细以外。2 、 3 小 麦的生长情况基本相同, 这初步证实了渗滤液与常规 灌溉在水 、 肥方面的作用完全相同 。收获后的小麦按 麦穗长度、麦穗数和麦粒重量 3 项指标加以对比, 其 结果见表 4。 表 4 3 组试验田收获小麦对比情况 试验田 麦穗数量 穗 麦穗长度 cm 麦粒重量 g 麦穗单重 g穗- 1 11125. 5～ 6 . 5860 . 76 21316. 0～ 7 . 01130 . 86 3916. 0～ 7 . 0730 . 80 表4 所列冬小麦试验结果表明 ① 渗滤液作为灌 溉用水肥效显著 , 较之清水灌溉和常规灌溉的小麦, 麦穗单重分别提高 13 和 7. 5; ②渗滤液与常规灌 溉的小麦 ,在麦穗长度上及颗粒饱满度上是相同的, 说明渗滤液可以满足冬小麦生长的营养要求 ; ③ 渗滤 液作为冬小麦灌溉用水完全可满足其对水、 肥的双重 需要 。 4 结论与建议 1 应用膜技术直接处理污水的工艺是可行的。 2 污水中所有悬浮物和绝大部分胶体物质可被 去除, 溶解性物质得以大部保留 。总氮、总磷、CODCr 等对于植物生长有益的元素可被大部分保留下来 。 3 两 类膜 对细 菌去 除率 亦达 到 99. 9 ～ 99. 99以上, 大肠杆菌的 去除率达到 99. 99 ～ 99. 999; 病毒也有相同水平的去除 病毒去除机理 它文另述 。 4 渗滤液作为灌溉用水肥效显著 , 较之清水灌 溉和常规灌溉的小麦 , 麦穗单重分别提高 13和 7. 5。 5 进一步研究应着重放在放大设计上 ; 试验应 主要针对行之有效的膜清洗方法; 对渗滤液灌溉农田 的健康安全性应作定量研究; 进一步探寻膜过滤作为 新型消毒方法与常规方法的经济比较。 参考文献 [ 1] 郝晓地, van der Graaf, J. H. J. M. 污水资源化新途径 直接膜过 滤用于农业灌溉. 给水排水, 2003, 29 6 27 -29. [ 2] Kyu,H Ahn, Song, Ji-Hyeon and Cha, Ho-Yong . Application of Tubular Ceramic Membrane for Building Wastewater Reuse . Water Sci . Tech. , 1998, 38 4-5 373 -382. [ 3] Van Nieuwenhuijzen, A. F. , Evenblij, H and van der Graaf , J. H. J. M. Direct Wastewater Membrane Filtration for Advanced Particle Removal from Raw Wastewater. Chemical Water Wastewater Treatment , 2000, 235 -244. [ 4] Vera , L . , Villarroel, R. , Delgado , S . . Can Microfiltration of Treated Wastewater Produce Suitable Water for Irrigation Water Sci. Tech. , 1998, 38 4-5 395 -403. [ 5] Chang, I.-S. and Choo , E. T . Application of Ceramic Membrane as a Pretreatment in Anaerobic Digestion of Alcohol -distillery Wastes. J. Membrane. Sci. , 1990, 87 131 -139. [ 6] Peters, T . A. and Pedersen, F . S. MEMCOR -Crossflow Filtration with Gas -backing Design and Different Applications for a New Technical Concept. Nice 5th World Filtration Congress, 1990. 作者通讯处 郝晓地 100044 北京展览馆路 1 号 北京建筑工程学 院可持续环境生物技术研发中心 电话 010 68322128 E -mail haoxiaodibicea . edu. cn 2005- 02-23 收稿 75 环 境 工 程 2006年 2 月第24 卷第1 期 THE APPLICATION OF WAVELET ANALYSIS IN PM10 TIME SERIES OF CONCENTRATION Chen Liu Ma Guangda 61 Abstract In illustration of the PM10 time series of daily average concentration in Xi anCity, the yearly change trend of PM10 time series and jump features of the variations are analyzed using the wavelet decomposition and reconstruction. The study shows that wavelet trans can clearly demonstrate the features of air pollutant time series of concentration. Keywords wavelet analysis, decomposition and reconstruction, PM10 and time series DETERMINATION OF CODCrIN CHEMICAL WASTEWATER CONTAINING HIGH CHLORINE BASED ONM-ESTIMATIONLi Feng He Linyu 64 Abstract Contrast tests have shown that chlorine calibration can eliminate the interference of high content of Cl - in the determination of CODCr.In fact, so far as specific high chlorine wastewater is concerned, to it has been found that the CODCris related to Cl-content in actual samples. Making use of CODCrdetermined by national standard and Cl-content in wastewater samples can give expression to CODCr determined by chlorine correction . The calibration equation can be obtainedwithM-estimationand least square respectively . What smore, the results of the test show that the er can be an improvement on the latter for the system with individual abnormal values. Keywords chemical wastewater containing high chlorine, CODCr, determination and M -estimation COMPREHENSIVE INTEGRATION OF LAKE EUTROPHICATION CONTROL TECHNIQUE Mao Guozhu LiuYong Guo Huaicheng et al 65 Abstract Eutrophication of lakesthat is condensationof the natural evolutionof lakesis caused by human social activities. However, there is a long way to recover the water quality and repair the ecological system which has been damaged by lake eutrophication. From the view of comprehensive integration, the techniques of lake eutrophication control may be integrated. , which starts with the data analysis, modeling integration and technique uation, makes the decisionof program by the way of human -computer combination and intercourse. The integration is good to per the overall and long term efficiency of the techniques, which provides a scientific basis for the management of the lakes. Keywords lake, eutrophication, technique and overall integration THE QUANTITATIVE ASSESSMENT OF CLEAN PRODUCTION BY AN ACTUAL PROJECTShu Xingwu 68 Abstract A quantitative assessment of clean production was introduced according to an actual project. Based on certain assessment standard values andweight values of sorting the assessment targets, the marked and graded all the assessment targets scientifically and displayed the extent of clean production directly and quantitatively by the magnitude of total mark. Keywords environment impact assessment, clean production and assessment target APPLICATION OF BAMBOO VINEGAR IN COMPOSTING Wang Dunqiu Zhao Min Pan Sheng 70 Abstract The static aerobic composting testwas made with straw, sawdust and pig dung as the raw materials and using bamboo vinegar as the additive. Changes in temperature, pH, organic matter, total nitrogen during composting were analyzed to study the acceleration effect of different bamboo vinegar concentration on composting. The analysis of the decomposed compost shows that the proper concentration of bamboo vinegar can accelerate the activation of microorganism, shorten the time of reaching the higher temperature. Comparedwith the blank pile, N -loss of the piles with bamboo vinegar can be reduced by 10. Keywords bamboo vinegar, pig dung, composting and study EXPERIMENT ON FEASIBILITY OF DIRECT FILTRATION OF WASTEWATER BY MEMBRANE Hao Xiaodi Li Huihai Chen Xinhua 73 Abstract The experiment was intended with membrane separation to trap pathogens and viruses and keep nutrient elements in domestic wastewater for the purposes of bothwater and nutrient reuses. The experimental results indicated that both micro -filtration and ultra -filtration were good enough to trap bacteria and or fecal coli removal efficiency 99. 9～ 99. 999and that organic matter of 32～ 67, nitrogen of 72～ 78 and phosphorus of 60～ 62 in raw wastewater could be kept. When irrigating wheat, the permeate could increase the wheat production by 13 and 7. 5 compared with tap water and tap water plus chemical fertilizer. Keywords reuse of wastewater, membrane filtration, micro -ultra -filtration, cross -flow and irrigation TREATMENT OF CAR -COATING WASTEWATER BY BIOLOGICAL AERATED FILTER Zhu Lehui Fu Chaochen 76 Abstract Biological aerated filter BIOFORis used to treatwastewater of cat-coating in Jiangling GroupCo . , Ltd, and a good effect is 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 1,Feb. , 2006