生活污水怎么处理

生活污水是指城市机关、学校和居民在日常生活中产生的废水，包括洗衣洗澡、厨房洗涤、厕所粪尿等家庭水以及商业、医院和游乐场所的水等。传统的处理工艺主要A/O法、SBR法和氧化沟法，但水力停留时间长、反应池占地面积大、存在污泥膨胀、脱氮除磷效率低、污泥产量高的缺点日益突出。膜生物反应器（MBR）是一种将传统活性污泥与膜分离技术相结合的水处理反应器，既利用了生物处理的效性与*性，又利用了膜分离的选择透过性与性。与传统工艺相比，MBR具出水、设备、活性污泥质量浓、产泥率低、总投资少和自动化程等优点，在住宅小区、城市污水处理污水再生利用中的越来越。然而，膜污染一直是制约其的瓶颈。膜污染不缩短膜的使用寿命，而且直接导致抽吸泵压力和曝量增加，造成能耗增加、清洗频繁和增加。膜污染主要3个影响因素：膜的性质、污泥性、操作条件。其中，污泥性及操作条件可在装置中改善。而膜的性质主要包括膜材质、亲疏水性、膜孔径大小、粗糙度和电荷性质等。在常用的高分子机膜中，聚偏氟乙烯（PVDF）具突出的化学稳定性、耐辐射、抗污染性和易成膜等优点，但其疏水性常导致膜污染和渗透率下降，限制了其在污水处理中的。笔者采用共混改性将纳米TiO2颗粒加入铸膜液，利用溶胶凝胶法制备了改性PVDF中空纤维膜，并对改性前后膜组件的膜通量及水质处理效果进行了对比。

1 试验部分
 
1.1 和仪器
 
：PVDF，相对分子质量570 000，solf?1015，上海联宏新材料科技限；聚乙烯吡咯烷酮，PVP，BR，上海如吉生物科技发展限；纳米，粒径25 nm，比表面积（50±15） ｍ2/g，分析纯P25，德德固赛；二甲基乙酰胺，DMAc，化学纯，药集团化学限。

仪器：PhysicaMCR301型流变仪，奥地利安东帕；D-8401型搅拌器，成都浩驰仪器限；NanomanVS型原子力显微镜，美Veeco；JSM-6360LA型扫描电镜，日本电子株式会社；HARRE-SPCA型接触角测定仪，北京哈科试验仪器；SHZ-Ⅲ型循环水式真空泵，上海知信试验仪器技术限。

1.2 PVDF中空纤维膜的制备
 
将一定量的纳米TiO2加入DMAc中，声30min使之分散均匀，加入PVP，缓慢加入PVDF，以免铸膜液起泡，水浴加热，控制温度为45 ℃，搅拌12 h，得到稳定的浅黄色或白色（加TiO2）溶胶，原料投加比例如表 1所示，并用旋转流变仪测定铸膜液黏度。

表 1 铸膜液原料投加比例

1.3 PVDF中空纤维膜的性能测试
 
膜性能测试主要包括膜表面的微观结构表征及水通量测试等。采用原子力显微镜（AFM）测定膜表面粗糙度，利用扫描电镜（SEM）观察膜断面结构，并以孔隙率、平均孔径、接触角和水通量等作为评价规准，确定纳米TiO2投加比例。

1.4 试验装置及条件
 
试验在自行设计的小试装置中进行，缺氧池尺寸50 mm×200 mm×400 mm，效水深300 mm，效容积3 L，好氧池尺寸250 mm×200 mm×400 mm，效水深300 mm，效容积15 L，水力停留时间6 h（缺氧池1 h，好氧池5 h），试验装置如图 1所示。

 好氧池的污泥取自常州武进某污水处理的二沉池回流污泥，在曝量1 L/min的条件下闷爆10～15 d左右，进水量由小到大逐渐增加。由于活性污泥及生活污水均取自该，因此活性污泥的适应性较强，很快就达到所需浓度，控制MLSS为2000～ 5000mg/L。过滤压力由循环水式真空泵（压力可调）提供，压力控制在0.02 MPa，水温保持在18～25 ℃。膜组件为U型中空纤维模型，效过滤面积均为0.02 ｍ2，浸没在15L好氧池。

分别用膜组件PVDF-0、PVDF-1、PVDF-2处理纯水和生活污水，以测试膜组件的去除效果和膜污染状况，并记录纯水通量JW、和污水通量JR。

膜通量（J）和去除率（R）由式（1）、式（2）计算。

式中：J——纯水或污水的膜渗透通量，L/（ｍ2·h）；

V——纯水或污水的渗透体积，L；

A——膜的效过滤面积，ｍ2；

t——膜的过滤时间，h；

R——膜对污水中目标物的去除率，%；

CP、CF——污水中目标物的进、出水质量浓度，mg/L。

1.5 原水水质及分析方法
 
试验原水取自常州市某污水初沉池，原水水质及分析方法如表 2所示。

表 2 原水水质及分析方法

2 结果与讨论
 
2.1 纳米TiO2质量分数对PVDF铸膜液黏度的影响
 
纳米TiO2颗粒具高比表面积和强亲水性，但其添加量会影响铸膜液黏度，从而影响溶剂和非溶剂的多相传质及铸膜液的成膜性。不同TiO2质量分数对PVDF铸膜液黏度的影响如图 2所示。

 由图 2可见，剪切力为0.1~100 m/s的状态下，铸膜液黏度随纳米TiO2颗粒的增加而增大。

2.2 纳米TiO2质量分数对PVDF膜结构的影响
 
在不同放大倍数下用SEM研究PVDF中空纤维膜断面结构，如图 3所示。

PVDF中空纤维膜是一种特例的非对称性结构膜，其断面主要以指状孔结构和海绵状结构组成，指状孔结构占优点表明膜的渗透性能较强，海绵状结构占优点表明膜的机械强度较好。图 3（a）为250倍放大倍数下，3种PVDF中空纤维膜的SEM照片。由图 3（a）可见，PVDF-0、PVDF-2指状孔结构占优点，而且孔较大，PVDF-1的海绵状结构较多。这是因为添加适当纳米TiO2削弱了成膜过程中非溶剂（水）/溶剂（DMAc）的相互扩散速度，发生了延迟相分离，从而效减少了指状孔结构，且形成的指状孔也更加细小。图 3（b）、图 3（c）分别为1 000倍和10000倍放大倍数下，PVDF中空纤维膜断面的SEM照片。由图3（b）、图 3（c）可见，3种膜断面形成的指状孔结构差别不大，但从海绵状结构中可以清晰看到添加的纳米TiO2颗粒。与改性PVDF中空纤维膜相比，PVDF-0断面结构孔隙不均匀，而PVDF-2因TiO2颗粒过多引起纳米颗粒“团聚”不利于膜孔径要求及膜表面稳定性。

 2.3 纳米TiO2质量分数对膜性能的影响
 
一般来讲，膜表面粗糙度越小说明膜越光滑，抗污染性越好；膜表面动态接触角越小，亲水性越强，水通量越大。对PVDF中空纤维膜的微观结构和性能进行表征测试，结果表明：与PVDF-0、PVDF-2相比，PVDF-1膜表面具较小的粗糙度和较小的动态接触角，但具较高的孔隙率和水通量，说明适当添加纳米TiO2对提高膜的亲水性及抗污染能力较好的效果；膜平均孔径随纳米TiO2质量分数的增加而减小，其大小对不同污染物的分离效果所差异，表征测试结果如表 3所示。

表 3 PVDF中空纤维膜表征测试结果

2.4 不同膜组件处理生活污水的效果对比
 
将组装好的3个膜组件同时的好氧池中，采取相同的抽吸方式处理生活污水，污水处理效果如表 4所示。

表 4 不同膜组件处理后的出水水质

由表 4可见，经不同膜组件处理后出水COD、SS、TN、NH3-N、TP均符合《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920—2002）。

2.5 膜清洗
 
膜组件在好氧池中4 h后水通量开始下降，说明膜污染已渐渐发生。拆下膜组件，先用自来水冲洗，再将其浸泡在0.5%次溶液0.5 h，用自来水冲洗后测其纯水通量和污水通量，观察清洗效果，

 由图 4可见，清洗后纯水通量基本能恢复，PVDF-0、PVDF-1、PVDF-2的恢复率分别为87.5%、95.6%、91.9%。

清洗后污水通量的对比如图 5所示。

 由图 5可见，PVDF-0、PVDF-1、PVDF-2污水通量恢复率分别是78.8%、91.4%、85.8%。PVDF-1通量的恢复率zui高，经过4h纯水通量和污水通量依旧zui高，而PVDF-2改性虽效果，但添加的纳米TiO2过多会造成成本相对较高，且膜性能测试结果表明过多纳米TiO2颗粒会引起“团聚”现象，不利于膜表面亲水性的改善。综合效果，PVDF-1具较好的价值。

3 结论
 
（1）添加适当纳米TiO2颗粒降低了膜表面的粗糙度、接触角，提高了孔隙率及PVDF中空纤维膜的亲水性。

（2）3个膜组件的出水水质均能达到《城市污水再生利用城市杂用水水质规准》要求，对SS的去除率基本接近99%，NH3-N的去除率也较高，其余出水水质指标去除率也保持在80%以上。

（3）3个膜组件中PVDF-1的污水通量衰减速度zui慢，清洗后恢复的污水通量zui大，说明其抗污染zui强。