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摘要：本文主要进行了生物活性炭纤维处理小区生活污水试验研究，试验表明反应器在挂膜期间挂膜所需时间较短，在挂膜后聚丙烯腈活性炭纤维（PAN-ACF）毡块表面形成了大量乳白色粘性絮状体的生物膜，说明PAN-ACF作为生物接触氧化法的填料有非常好的效果，对微生物具有很好的兼容性。PAN-ACF载体生物膜法对小区生活污水的处理效果非常好，而且抗冲击负荷能力较强，在反应器运行稳定以后，出水 COD浓度稳定在30mg/L左右其去除率保持在85%以上，出水NH3-N基本在3mg/L以下去除率也达到95%左右，出水SS和浊度值也相对较稳定分别在 5mg/L和5NTU以下，各项指标都符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质标准》(GB/T18920-2002)中城市绿化用水标准。实验表明聚丙烯腈活性炭纤维作为生物膜载体具有很好的生物亲和性，完全能被用来处理小区生活污水。
关键词：生物活性炭纤维；小区生活污水
中图分类号： TU992 文献标识码： A
小区生活污水指的是居民小区的人们日常生活过程中排出的污水。主要包括冲洗卫生间、厨房洗涤和洗浴等污水。它的成份复杂，含有大量的有机污染物和细菌。如不经处理，任其排放，会使天然水体受到污染，尤其在高温的夏天水质恶化，变黑、变臭，严重影响城区环境。废水中细菌的传播还直接影响人们的身体健康。处理好小区生活污水，既可以减少对城市的污染，又可以把部分水处理成达标无害的水进行回用，使有限的水资源得到充分的利用。
1试验材料与方法
1.1 样品的采集与实验材料
本实验采集的水样为具有代表性的某小区的生活污水，采样时间为下午。
表 1 某小区的生活污水水质指标
实验填料选择聚丙烯腈活性炭纤维(PAN-ACF)，PAN-ACF是由聚丙烯腈纤维为原料经炭化、活化处理制成的一种多孔结构活性炭材料，其主要由孔隙半径 R≤1nm的微孔构成，为典型的富微孔碳材料，其比表面积一般在500-2500m2/g左右，高的能达到3000m2/g以上。PAN-ACF具有发达微孔结构，而且其吸附能力与传统炭质吸附材料粉状、粒状活性炭(GAC) 等相比高出1～10倍。它除具有普通活性炭纤维的一般性能外，还具有纤维强度高，弹性模量大，对含氮含硫化合物等恶臭物质具有优良吸附性能。
实验前先将PAN-ACF毡进行预处理，除去表面及空隙之间的游离性生物基质，将PAN-ACF毡置于去离子水中沸煮2小时后，随后用蒸馏水漂洗，再放在烘箱中于120℃下烘干待用。
1.2实验分析方法及仪器
化学需氧量(CODcr)：重铬酸钾法； 氨氮(NH3-N)：纳氏试剂分光光度法；悬浮性固体(SS)：重量法；浊度：HACH2100N 浊度仪；pH：pHS-25型酸度计。
1.3 实验装置和方法
实验装置如图1所示。本实验中反应器中的聚丙烯腈活性炭纤维载体采用悬挂式填料，反应器的有效容积为15L，用 PAN-ACF毡等分为3格，填料的规格大小为4cm×5cm×0.5cm，毡块的间隙为5mm，填料占容积的50%。为了防止引起填料的堵塞，在反应器前设沉沙池，同时在反应器的后端设沉淀池以静沉反应器出水中含有的少量污泥，降低装置的出水浊度。
本实验采用快速排泥挂膜法，实验接种污泥取自兰州污水处理厂，接种量为反应器的50%，将接种的活性污泥和生活污水相互混合一起注入各反应器内，同时向反应器内进行曝气，使污泥与载体接触一段时间起到接种微生物的作用，混合液在反应器中的最佳静置时间应为6-8小时。在温度为18℃～20℃的情况下，大约3～4天可完成挂膜。
挂膜期间反应器的进水流量为20ml/min，溶解氧控制在3mg/L左右，水温为24℃左右，一般来说挂膜期间水温越高挂膜成熟期就越短，挂膜开始持续一周每天对CODcr、NH3-N进行检测，其去除率均在65%以上，标志着PAN-ACF 毡已经挂上了生物膜。再经过两周左右的微生物驯化，PAN-ACF毡块表面形成了大量乳白色粘性絮状体的生物膜，此时生物膜已发育成熟。表明 PAN-ACF作为生物接触氧化法的填料有很好的效果，对活性污泥有很好的兼容性。当反应器稳定运行时进水流量控制在40ml/min，溶解氧控制在3.5～4.5mg/ L。
图 1 实验装置示意图
2 实验结果与讨论
2.1 COD的处理结果
由图2可见，反应器在进水流量一定的情况下处理小区生活污水时，对 CODcr有很好的去除效果。在反应器运行前7天挂膜初期，出水CODcr在80mg /L左右，去除率仅为65%左右，随后几天生物膜逐渐稳定开始生长，出水CODcr 也在减小，在第15天以后出水CODcr可降低到50mg/L以下，随着生物膜发育成熟，出水CODcr也相对基本稳定在30mg/L左右，反应器的COD平均去除率在85%以上，进水CODcr浓度变化波动比较大但出水浓度比较稳定，说明反应器在抗冲击负荷上有良好的效果。
图2反应器COD的去除效果图 3 反应器对NH3-N去除效果
图 4 反应器对 SS 去除效果图 5 反应器浊度的去除效果
2.2 NH3-N的處理结果
从图3中可见，反应器出水NH3-N基本在3mg/L以下，其平均去除率达到 95% 左右，因为在氧气较充足的情况下，生物膜较快的生长，其内部形成较厚的缺氧区，形成表面好氧硝化内部反硝化的机理，同时生活污水的炭源充足，有利于硝化和反硝化反应。可见反应器对NH3-N去除效果非常好，出水NH3-N浓度符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质标准》(GB/T18920－2002) 中城市绿化用水NH3-N浓度小于20mg/L 的标准。
2.3 悬浮性固体( SS) 处理结果
由图4可见，反应器进水SS浓度极不稳定，但经过反应器中微生物降解和多级截留吸附以及沉淀池的澄清作用，其反应器出水SS浓度相对较稳定基本保持在5mg/L以下，说明该反应器对SS的去除有非常好的效果。
2.4 浊度的处理效果
浊度由水体中悬浮的颗粒物引起，为水体的浑浊程度指示值，由图5可以看出，污水经过反应器及沉淀池澄清后，出水浊度波动非常小保持在5NTU以下，去除效果非常高，出水浊度符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质标准》(GB/T18920-2002)中城市绿化用水浊度小于10mg/L的标准。
2.5 pH的变化
本反应器进水pH值在6.8～7.1之间，出水在6.5～6.9之间，完全达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质标准》(GB/T18920－2002) 中规定的6.0～ 9.0。
3 经济效益分析
对该反应器用于生活污水回用进行粗略的放大设计和技术经济分析，反应器处理工艺由于占地面积小维护管理方便，工程土建和设备采购的投资以及运行费用较低，而且生活污水回用减少了取水费用以及污水排放费用，是一项技术适用经济合理的中水回用技术。该反应器用于生活污水回用处理有着巨大的经济和环境效益具有较高的实际推广应用价值。
4 结论
该反应器是以微生物降解机理、活性炭纤维吸附原理、生物接触氧化法等理论为基础，以小区生活污水回用为目的建立的环保经济型处理模式。试验表明反应器在挂膜期间挂膜所需时间较短，在挂膜后PAN-ACF毡块表面形成了大量乳白色粘性絮状体的生物膜，说明PAN-ACF作为生物接触氧化法的填料有非常好的效果，对微生物具有很好的兼容性。PAN-ACF载体生物膜法对小区生活污水的处理效果非常好，而且抗冲击负荷能力较强，在反应器运行稳定以后，出水 COD浓度稳定在30mg/L左右其去除率保持在85%以上，出水NH3-N基本在3mg/L以下去除率也达到95%左右，出水SS和浊度值也相对较稳定分别在 5mg/L和5NTU以下，各项指标都符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质标准》(GB/T18920-2002)中城市绿化用水标准。
参考文献
[1]李伟光,时文歆,赵庆良.固定化生物活性炭处理低浓度甲醇废水的工程应用.给水排水,2004,30(1)
[2]张泽亮.研究生物接触氧化法处理城镇污水的相关作用[J].扬州大学学报，2008，20（13）．
[3]李国文.城市式生活污水处理技术的最新发展[J].科技博览，2008，9（2）
关键词：生物活性炭纤维；小区生活污水
中图分类号： TU992 文献标识码： A
小区生活污水指的是居民小区的人们日常生活过程中排出的污水。主要包括冲洗卫生间、厨房洗涤和洗浴等污水。它的成份复杂，含有大量的有机污染物和细菌。如不经处理，任其排放，会使天然水体受到污染，尤其在高温的夏天水质恶化，变黑、变臭，严重影响城区环境。废水中细菌的传播还直接影响人们的身体健康。处理好小区生活污水，既可以减少对城市的污染，又可以把部分水处理成达标无害的水进行回用，使有限的水资源得到充分的利用。
1试验材料与方法
1.1 样品的采集与实验材料
本实验采集的水样为具有代表性的某小区的生活污水，采样时间为下午。
表 1 某小区的生活污水水质指标
实验填料选择聚丙烯腈活性炭纤维(PAN-ACF)，PAN-ACF是由聚丙烯腈纤维为原料经炭化、活化处理制成的一种多孔结构活性炭材料，其主要由孔隙半径 R≤1nm的微孔构成，为典型的富微孔碳材料，其比表面积一般在500-2500m2/g左右，高的能达到3000m2/g以上。PAN-ACF具有发达微孔结构，而且其吸附能力与传统炭质吸附材料粉状、粒状活性炭(GAC) 等相比高出1～10倍。它除具有普通活性炭纤维的一般性能外，还具有纤维强度高，弹性模量大，对含氮含硫化合物等恶臭物质具有优良吸附性能。
实验前先将PAN-ACF毡进行预处理，除去表面及空隙之间的游离性生物基质，将PAN-ACF毡置于去离子水中沸煮2小时后，随后用蒸馏水漂洗，再放在烘箱中于120℃下烘干待用。
1.2实验分析方法及仪器
化学需氧量(CODcr)：重铬酸钾法； 氨氮(NH3-N)：纳氏试剂分光光度法；悬浮性固体(SS)：重量法；浊度：HACH2100N 浊度仪；pH：pHS-25型酸度计。
1.3 实验装置和方法
实验装置如图1所示。本实验中反应器中的聚丙烯腈活性炭纤维载体采用悬挂式填料，反应器的有效容积为15L，用 PAN-ACF毡等分为3格，填料的规格大小为4cm×5cm×0.5cm，毡块的间隙为5mm，填料占容积的50%。为了防止引起填料的堵塞，在反应器前设沉沙池，同时在反应器的后端设沉淀池以静沉反应器出水中含有的少量污泥，降低装置的出水浊度。
本实验采用快速排泥挂膜法，实验接种污泥取自兰州污水处理厂，接种量为反应器的50%，将接种的活性污泥和生活污水相互混合一起注入各反应器内，同时向反应器内进行曝气，使污泥与载体接触一段时间起到接种微生物的作用，混合液在反应器中的最佳静置时间应为6-8小时。在温度为18℃～20℃的情况下，大约3～4天可完成挂膜。
挂膜期间反应器的进水流量为20ml/min，溶解氧控制在3mg/L左右，水温为24℃左右，一般来说挂膜期间水温越高挂膜成熟期就越短，挂膜开始持续一周每天对CODcr、NH3-N进行检测，其去除率均在65%以上，标志着PAN-ACF 毡已经挂上了生物膜。再经过两周左右的微生物驯化，PAN-ACF毡块表面形成了大量乳白色粘性絮状体的生物膜，此时生物膜已发育成熟。表明 PAN-ACF作为生物接触氧化法的填料有很好的效果，对活性污泥有很好的兼容性。当反应器稳定运行时进水流量控制在40ml/min，溶解氧控制在3.5～4.5mg/ L。
图 1 实验装置示意图
2 实验结果与讨论
2.1 COD的处理结果
由图2可见，反应器在进水流量一定的情况下处理小区生活污水时，对 CODcr有很好的去除效果。在反应器运行前7天挂膜初期，出水CODcr在80mg /L左右，去除率仅为65%左右，随后几天生物膜逐渐稳定开始生长，出水CODcr 也在减小，在第15天以后出水CODcr可降低到50mg/L以下，随着生物膜发育成熟，出水CODcr也相对基本稳定在30mg/L左右，反应器的COD平均去除率在85%以上，进水CODcr浓度变化波动比较大但出水浓度比较稳定，说明反应器在抗冲击负荷上有良好的效果。
图2反应器COD的去除效果图 3 反应器对NH3-N去除效果
图 4 反应器对 SS 去除效果图 5 反应器浊度的去除效果
2.2 NH3-N的處理结果
从图3中可见，反应器出水NH3-N基本在3mg/L以下，其平均去除率达到 95% 左右，因为在氧气较充足的情况下，生物膜较快的生长，其内部形成较厚的缺氧区，形成表面好氧硝化内部反硝化的机理，同时生活污水的炭源充足，有利于硝化和反硝化反应。可见反应器对NH3-N去除效果非常好，出水NH3-N浓度符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质标准》(GB/T18920－2002) 中城市绿化用水NH3-N浓度小于20mg/L 的标准。
2.3 悬浮性固体( SS) 处理结果
由图4可见，反应器进水SS浓度极不稳定，但经过反应器中微生物降解和多级截留吸附以及沉淀池的澄清作用，其反应器出水SS浓度相对较稳定基本保持在5mg/L以下，说明该反应器对SS的去除有非常好的效果。
2.4 浊度的处理效果
浊度由水体中悬浮的颗粒物引起，为水体的浑浊程度指示值，由图5可以看出，污水经过反应器及沉淀池澄清后，出水浊度波动非常小保持在5NTU以下，去除效果非常高，出水浊度符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质标准》(GB/T18920-2002)中城市绿化用水浊度小于10mg/L的标准。
2.5 pH的变化
本反应器进水pH值在6.8～7.1之间，出水在6.5～6.9之间，完全达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质标准》(GB/T18920－2002) 中规定的6.0～ 9.0。
3 经济效益分析
对该反应器用于生活污水回用进行粗略的放大设计和技术经济分析，反应器处理工艺由于占地面积小维护管理方便，工程土建和设备采购的投资以及运行费用较低，而且生活污水回用减少了取水费用以及污水排放费用，是一项技术适用经济合理的中水回用技术。该反应器用于生活污水回用处理有着巨大的经济和环境效益具有较高的实际推广应用价值。
4 结论
该反应器是以微生物降解机理、活性炭纤维吸附原理、生物接触氧化法等理论为基础，以小区生活污水回用为目的建立的环保经济型处理模式。试验表明反应器在挂膜期间挂膜所需时间较短，在挂膜后PAN-ACF毡块表面形成了大量乳白色粘性絮状体的生物膜，说明PAN-ACF作为生物接触氧化法的填料有非常好的效果，对微生物具有很好的兼容性。PAN-ACF载体生物膜法对小区生活污水的处理效果非常好，而且抗冲击负荷能力较强，在反应器运行稳定以后，出水 COD浓度稳定在30mg/L左右其去除率保持在85%以上，出水NH3-N基本在3mg/L以下去除率也达到95%左右，出水SS和浊度值也相对较稳定分别在 5mg/L和5NTU以下，各项指标都符合《城市污水再生利用 城市杂用水水质标准》(GB/T18920-2002)中城市绿化用水标准。
参考文献
[1]李伟光,时文歆,赵庆良.固定化生物活性炭处理低浓度甲醇废水的工程应用.给水排水,2004,30(1)
[2]张泽亮.研究生物接触氧化法处理城镇污水的相关作用[J].扬州大学学报，2008，20（13）．
[3]李国文.城市式生活污水处理技术的最新发展[J].科技博览，2008，9（2）