活性炭在膜生物反应器中的应用

刘涛，秦磊，张国亮，范铮

（浙江工业大学海洋学院，浙江杭州310014）

环保技术

活性炭在膜生物反应器中的应用

刘涛，秦磊，张国亮，范铮*

（浙江工业大学海洋学院，浙江杭州310014）

介绍了活性炭在膜生物反应器上各方面的用途，包括好氧活性颗粒污泥的形成、作为预处理降解难降解废水、抗波动性的优化、剂量的选择以及COD和氨氮的去除有较好的应用价值。

膜生物反应器；好氧颗粒污泥；波动性

0 引言

随着人口的增加，淡水的需求量逐年增加，部分地区已经严重供水不足，因此污水成为越来越重要的水资源。膜生物反应器作为一种结合膜分离与生物技术，具有占地面积小，出水水质高的优点，越来越受到人们的关注，然而由于膜污染等因素加大了运行成本，阻碍了膜生物反应器的广泛应用。

添加剂对膜生物反应器的研究国外有多篇报道。Shi W X[1]探讨了8 g/L黏土对膜生物反应器的影响，总氮去除率提高了40%，膜污染略有降低；Rezaei M[2]在膜生物反应器中加入8 g/L沸石，氨氮去除率增高了24%，膜污染降低了66%；Yuniarto A[3]对比了2 g/L活性炭和2 g/L沸石对膜生物反应器的影响，发现无论COD去除率、临界通量的提高、膜污染的降低，活性炭都优于沸石。已有季明[4]综述了活性炭在膜生物反应器中的应用，但活性炭在膜生物反应器中应用广泛，因此还需更详细的阐述。

1 活性炭作为好氧活性颗粒污泥的载体

活性污泥颗粒相对于絮状污泥来说具有颗粒直径大，沉降性能好的优点，近年来关于其报道也越来越多。王一波[5]、高阳[6]利用活性炭作为载体成功培养了活性污泥颗粒，并对其性能进行了研究；马春探讨了活性颗粒污泥在有机有毒废水的处理、乳品废水的处理、氮和磷的去除、重金属和染料的去除、颗粒物的去除、核废料的去除等方面应用[7]。国外亦有相关的报道，Wang Y对比了好氧颗粒污泥、普通污泥、膨胀污泥在高水通量的情况下对膜污染的影响，发现好氧颗粒污泥膜生物反应器可以在20 L/（m2·h）高水通量的情况下稳定运行61天，远远超过了普通污泥和膨胀污泥的运行时间[8]。

2 活性炭吸附与膜生物反应器的联用处理高难度废水

但其广泛应用还有很大的局限，尤其在处理高难度废水方面。染料废水、医药废水等都具有生化活性低的特点，因此仅仅依靠膜生物反应器难以达到排放的标准。活性炭作为一种优秀的吸附材料，具有比表面积大、吸附效率高的优点，可以弥补膜生物反应器的不足。

2.1 处理染料废水

印染废水一般都有高水溶性和大量的发色基团，目前对其的处理方法主要有絮凝、高级氧化、吸附和生物降解。单独运行膜生物反应器需要较大的体积和较长的水力停留时间才能达到处理的效果，并且还会带来较大的膜污染，因此运行前进行预处理不失为一个较好的办法。活性炭吸附、Fe-C内电解等都可以达到预处理的效果。Qin L利用Fe-C内电解进行预处理蒽醌染料废水，然后运行膜生物反应器，污染物去除率达到86%[9]。

2.2 处理医药废水

医药废水含有大量医药品、消毒剂[10]、内分泌干扰素、抗生素[11]等，其中大部分具有高毒性，会对微生物的新陈代谢产生抑制作用。医药废水中污染物种类繁多，膜生物反应器只对其中疏水且为供电子基团的污染物有较好的处理效果，因为疏水性污染物可以被污泥颗粒吸附，提高了水力停留时间。然而很多亲水性污染物难以去除，Kovalova L利用活性炭吸附作为预处理，弥补了膜生物反应器的不足，取得了理想的效果[12]。

3 增强膜生物反应器抗波动性

膜生物反应器在实际运行过程中，膜生物反应器会受到各方面的干扰。污水温度、pH、盐度、有机负载等都随时间不断变化，因此提高膜生物反应器的抗波动性具有很大的现实意义。De Temmerman L投加粉末活性炭探讨盐度的变化对膜生物反应器的影响，发现未加入粉末活性炭，当盐度突然升高时，活性污泥可过滤性降低，污泥颗粒直径迅速降低，SMP（可溶微生物代谢物）中蛋白质和多糖的含量都增大，ESP（胞外聚合物）中蛋白质和多糖由于单价氯离子增大，由污泥中进入混合液中，成为了膜污染物；添加粉末活性炭时，活性污泥的可过滤性，SMP中蛋白质、多糖含量都保持稳定[13]。Ma C投加50 g/L粉末活性炭，当温度从20℃降低到10℃时，氨氮的去除依旧保持在90%以上，膜污染速率没有明显的增大[14]；Lyko S研究发现低温影响膜生物反应器的运行和污泥组成，造成了严重的膜污染。添加活性炭为微生物提供了一个适宜的环境，缓冲了pH、温度、盐度突变对膜生物反应器造成的不利影响[15]。

4 活性炭的用量对膜污染的影响

Remy M研究发现，当活性炭浓度低至0.5 g/L时，就可以对膜污染的缓解起到了促进作用[16]。大量研究认为投加粉末活性炭不仅可以缓解膜污染，还可以提高COD、氨氮等的去除率，然而Ng C A研究发现如果没有大量新的活性炭补充，投加活性炭却会造成更为严重的膜污染[17]，这和以前的研究矛盾。Remy M认为投加活性炭增强污泥的可过滤性不是由于增强了剪切力和吸附性造成的，而是因为形成了高强度污泥和污染物释放的减小造成的[18]。Ng C A最新研究发现投加活性炭在低污泥停留时间才会有较好的膜污染控制效果，这样是因为不断有新的活性炭加入[19]。

5 添加活性炭对污染物去除的提高

5.1 去除COD

投加活性炭会形成生物活性炭，微生物生长在活性炭表面上，加大了微生物与污染物的接触面积，提高了COD的去除率。Nguyen L N投加活性炭运行膜生物反应器，COD去除率达到95%，相对于空白膜生物反应器的75%有很大的提高[20]；Wang G投加活性炭处理垃圾渗滤液，COD的去除率达到了80%以上[21]；Guo W投加5 g/L的活性炭模拟废水，COD去除率超过了95%[22]。

5.2 去除氨氮

投加活性炭的膜生物反应器往往会增加对氨氮的去除效率，这是因为活性炭为微生物提供了一个适宜的环境，加快了微生物的新陈代谢。活性炭的周围有相对厌氧的环境，因此可以在好氧膜生物反应器中同时进行反硝化，因此可以增大氨氮的去除效率。Wang G投加活性炭处理老年垃圾渗滤液，氨氮的去除率达到了80%以上[21]；Ma C添加50 g/L的活性炭在低温下处理微污染水，氨氮的去除率就达到了93%[23]。

6 小结

活性炭不仅可以作为载体有助于形成活性颗粒污泥，还可以作为膜生物反应器的预处理来达到较好的难降解污染物的去除效果。添加活性炭，使膜生物反应器更能抵抗外界环境的变化，适量的剂量还能缓解膜污染，对COD、氨氮的去除有很大帮助。

[1]Shi W X，Duan Y S，Yi X S，et al.Biological removal of nitrogen by a membrane bioreactor-attapulgite clay system in treating polluted water[J].Desalination，2013，317：41-47.

[2]Rezaei M，Mehrnia M R.The influence of zeolite（clinoptilolite）on the performance of a hybrid membrane bioreactor[J].Bioresource technology，2014，158：25-31.

[3]Yuniarto A，Noor Z Z，Ujang Z，et al.Bio-fouling reducers for improving the performance of an aerobic submerged membrane bioreactor treating palm oil mill effluent[J].Desalination，2013，316：146-153.

[4]季明，衣春雨，郑尚尚.活性炭在膜生物反应器中的应用研究进展[J].中国环境管理干部学院学报，2009，19（1）：58-60，76.

[5]王一波，蔡昌凤，黄礼超.活性炭粉末对好氧颗粒污泥形成及性能的影响研究[J].安徽工程大学学报，2012，27（2）：23-26.

[6]高阳，徐晓晨，徐光景，等.活性炭为载体的好氧颗粒污泥培养及性能研究[J].水资源与水工程学报，2012，23（5）：25-28.

[7]马春，李玲，俞津津，等.好氧颗粒污泥的应用[J].化工进展，2011，30（6）1369-1373.

[8]Wang Y，Zhong C，Huang D，et al.The membrane fouling characteristics of MBRs with different aerobic granular sludges at high flux[J].Bioresource Technology，2013，136：488-495.

[9]Qin L，Zhang G，Meng Q，et al.Enhanced MBR by internal micro-electrolysis for degradation of anthraquinone dye wastewater[J].Chemical Engineering Journal，2012，210：575-584.

[10]Hartmann A，Alder A C，Koller T，et al.Identification of fluoroquinolone antibiotics as the main source of umuC genotoxicity in native hospital wastewater[J].Environmental Toxicology and Chemistry，1998，17（3）：377-382.

[11]Ort C，Lawrence M G，Reungoat J，et al.Determining the fraction of pharmaceutical residues in wastewater originating from a hospital[J].Water Research，2010，44（2）：605-615.

[12]Kovalova L，Siegrist H，Von Gunten U，et al.Elimination of micropollutants during post-treatment of hospital wastewater with powdered activated carbon，ozone，and UV[J].Environmental Science&Technology，2013，47（14）：7899-7908.

[13]De Temmerman L，Maere T，Temmink H，et al.Salt stress in a membrane bioreactor：Dynamics of sludge properties，membrane fouling and remediation through powdered activated carbon dosing[J].Water Research，2014，63：112-124.

[14]Ma C，Yu S，Shi W，et al.Effect of different temperatures on performance and membrane fouling in high concentration PAC-MBR system treating micro-polluted surface water[J].Bioresource Technology，2013，141：19-24.

[15]Lyko S，Wintgens T，Al-Halbouni D，et al.Long-term monitoring of a full-scale municipal membrane bioreactor—characterisation of foulants and operational performance[J].Journal of Membrane Science，2008，317（1）：78-87.

[16]Remy M，van der Marel P，Zwijnenburg A，et al.Low dose powdered activated carbon addition at high sludge retention times to reduce fouling in membrane bioreactors[J]. Water Research，2009，43（2）：345-350.

[17]Ng C A，Sun D，Zhang J，et al.Mechanisms of fouling control in membrane bioreactors by the addition of powdered activated carbon[J].Separation Science and Technology，2010，45（7）：873-889.

[18]Remy M，Potier V，Temmink H，et al.Why low powdered activated carbon addition reduces membrane fouling in MBRs[J].Water Research，2010，44（3）：861-867.

[19]Ng C A，Sun D，Bashir M J K，et al.Optimization of membrane bioreactors by the addition of powdered activated carbon[J].Bioresource Technology，2013，138：38-47.

[20]Nguyen L N，Hai F I，Kang J，et al.Comparison between sequential and simultaneous application of activated carbon with membrane bioreactor for trace organic contaminant removal[J].Bioresource Technology，2013，130：412-417.

[21]Wang G，Fan Z，Wu D，et al.Anoxic/aerobic granular active carbon assisted MBR integrated with nanofiltration and reverse osmosis for advanced treatment of municipal landfill leachate[J].Desalination，2014，349：136-144.

[22]Guo W，Vigneswaran S，Ngo H H，et al.Comparison of the performance of submerged membrane bioreactor（SMBR）and submerged membrane adsorption bioreactor（SMABR）[J].Bioresource Technology，2008，99（5）：1012-1017.

[23]Ma C，Yu S，Shi W，et al.High concentration powdered activated carbon-membrane bioreactor（PAC-MBR）for slightly polluted surface watertreatmentatlow temperature[J]. Bioresource Technology，2012,113：136-142.

阿科玛计划提高常熟工厂PVDF产量

阿科玛宣布：将在上海毗邻的城市——常熟增加25%的聚偏氟乙烯产量。通过此次投资，阿科玛在三大洲——欧洲、北美和亚洲经营生产设施，在此领域巩固其世界霸主地位。自2012年常熟的聚偏氟乙烯含氟聚合物产量翻倍，最新增长的25%产量将进一步支持其亚洲客户数量的增长，尤其在新能源（电池和太阳光电）和水资源，以及传统的涂料和工业市场。这一投资充分显示了该集团成功的创新应用程序的研发，解决可持续发展的问题，应对未来可能会遇到的一些挑战。有这项投资的协助，常熟将会变成亚洲整个地区最大的PVDF工厂。由于在其质量、可信度和响应度上有着极好的表现，这个工厂是专为客户提供真正有价值而做的事情。

（来源：http：//www.polymer.cn/polymernews/2016-10-26/_2016102684520155.htm）

Application of Active Carbon in Membrane Bioreactor

LIU Tao,QIN Lei,ZHANG Guo-liang,FAN Zheng*
（Ocean College，Zhejiang University of Technology，Hangzhou，Zhejiang 310014，China）

This paper introduced the application of active carbon in all aspects of membrane bioreactor on the aerobic activity,including the formation of granular sludge,as the pretreatment of refractory wastewater degradation,anti volatility,the dose ofselection and optimization of COD and ammonia nitrogen removal.

membrane bioreactor；aerobic granular sludge；volatility

1006-4184（2016）11-0042-03

膜生物反应器虽然具有出水水质高的优点，

2016-03-25

浙江省科技厅公益项目（2014C33032）,浙江省科技厅公益项目（2016C33007)。

刘涛（1989-)，男，硕士研究生，研究方向为膜分离与水处理技术。E-mail：0702liutao@163.com。

*通讯作者：范铮，E-mail：fanzh@zjut.edu.cn。