一项关于活性炭添加对膜生物反应器废水处理和回收的影响的重要综述外文翻译资料

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一项关于活性炭添加对膜生物反应器废水处理和回收的影响的重要综述

George Skouteris ^a, , Devendra Saroj ^a, Paraschos Melidis ^b, Faisal I. Hai ^c, Sabegrave;ha Ouki ^a萨里大学工学与物理科学系，土木与环境工程系，吉尔福德，萨里，英国德黑兰大学，色雷斯，环境工程系，67100希腊，克桑西，希腊 澳大利亚新南威尔士州卧龙岗卧龙岗大学土木与采矿与环境工程学院战略水基础设施实验 卧龙岗大学土木与矿业与环境工程学院战略水基础实验室，伍伦贡.亮点除了MBR之外，AC加强了吸附性，潜在地增强了生物降解能力。交流辅助MBR比通常的MBR更有效地消除抗性污染物。 除了MBR之外，AC可以阻止膜污染并改善膜通量。 对于AC辅助MBR，AC剂量和保留时间必须仔细控制在范围内。多次低剂量的AC加入可能有助于及时补充消耗的的AC。

文章历史：

2014年12月27日收录

2015年2月26日收到修订版样，2015年3月1日印刷

可在2015年3月6日出版

关键词：废水处理 膜生物反应器 膜污染 粉状活性炭颗粒 活性炭

摘要

本综述集中在活性炭（AC）添加对处理废水的膜生物反应器（MBR）的影响。 使用交流辅助MBRs结合吸附，生物降解和膜过滤。 这可以减轻先进的顽固污染物的去除和膜污染。 通过AC辅助MBR方法实现的吸附和生物降解对总体去除的相对贡献可能会有所不同，而且由于目标污染物与废水中大量有机物的竞争，“生物AC”可能不会完全利用。 因此，需要定期补充用过的AC。 污泥停留时间（SRT）控制AC消耗的频率，加入新鲜AC，是影响AC辅助MBR性能的重要参数。 最重要的是AC剂量，因为AC过量可能加重膜污染，增加污泥粘度，损害传质和降低污泥脱水性。2015爱思唯尔有限公司保留所有权利。

1。介绍

膜生物反应器（MBR）技术将用于活性污泥的生物降解与膜过滤直接固液分离。 如今，MBRs被认为是常规活性污泥法（CASP）对于工业和城市废水的处理和再循环利用的替代方案（Judd，2011; Jamal Khan等，2012; Hai et al。，2014）。废水处理的MBR系统的应用比常规处理方法更有利，这主要是由于出色的排放质量，稳定的污泥产量，较高的体积运行负荷，占地面积小等优点，（Li et al。，2005; Ng et al。，2006）。 然而，他们广泛的应用仍然受到膜污染现象的限制（Chang et al。，2002; Li et al。，2005; Ying and Ping，2006）。不受控制的膜污染导致膜渗透通量（MPF）的快速减少和/或跨膜压力（TMP）的增加，导致高能耗和运行成本的提高（Liu et al。，2007; Tian et al。 2010）。现在为污染控制探索了一些技术：这些技术可以以采用合适的曝气策略为目标（例如，浸没式配置中的高剪切段流量曝气）或其他操作条件的优化，如亚临界通量操作，周期性空气/渗透物反冲洗和/或间歇抽吸，允许松散期间从膜表面松散附着的污垢的后向扩散。一个效果显著的膜污染缓解策略是向MBR添加“膜污染减少剂”（例如絮凝剂或吸附剂）（Chang等，2002; Li等，2005; Ng et al。，2006; Tian et 2010; Skouteris et al。，2012，2014; Yang et al。，2012a）

使用活性炭（AC）等吸附剂与CASP或MBR等生物废水处理工艺相结合，对于重金属废水的稳定处理也是有益的。根据现有的文献，将CAS（粉末状活性炭）（PAC）给ACP的潜在优势包括：（i）从抑制化合物的峰值负载中保护自养和异养微生物，（ii）耐火有机化合物的生物降解， （iii）由于生物膜的存在而导致的AC吸附能力增加，（iv）污泥沉降性和脱水性增加，最后（v）AC的生物产生。因为添加到CASP中的AC可以与处理的流出物一起洗出，所以需要频繁地补充AC。这种昂贵的维护成本限制了它们的使用的推广（Munz等人，2007; Meng等人，2009）。然而，到目前为止，ACs，特别是PAC已经与CASP一起使用来处理包括工业废水（具有抑制性物质如苯酚，苯胺或染料），垃圾渗滤液和高盐度油田盐水的顽固废水Ng等人，2006）。与CASP不同的是，由于膜的污泥完全保留在MBR中，水解停留时间（HRT）和污泥保留时间（SRT）的解耦是可能的。 这允许在更长的SRT下运行MBR。 污泥去除的频率降低减少了PAC的损失，同时降低了维护成本。 因此，MBR似乎比CASP更适合与AC吸附偶联。 此外，对MBR的AC给药可以将膜清洗和/或膜替换降低约25％的操作成本（Yang等，2010）。 用这种方式，PAC配量的运营成本可能会与膜维护成本的降低相抵消，从而使得ACs对MBR的添加更加有利。

如上所述，使用吸附剂与MBR技术相结合，将有机物质的吸附和生物降解与膜过滤相结合（图1），已被证明是一种改变混合液的特性的替代方法，从而有效地从废水中除去顽固化合物，增强氟化氢性能，并且控制膜污染（Li et al。，2005; Tsai et al。，2005 ; Iversen等，2009a）。例如，Li et al。 （2005）提到，AC辅助MBR的临界通量比常规MBR高32％。到目前为止，对MBRs的AC给药的有益方面，如缓解膜污染和有效改善阻塞性废水已经单独在关于膜污染或重新评估废水处理的有关审查中简要介绍（Le-Clech等，2006 ;德鲁斯，2010年）（Hai et al。，2014）。然而，全面了解各方面的现象，特别是AC对膜性能和生物降解的相互影响尚未得到合理性分析。因此本文旨在提供有关AC辅助MBR系统的深入讨论。交流辅助MBR也在饮用水处理方面进行了测试（Tian et al。，2009）;然而，这项工作将主要侧重于AC对处理不同种类废水的MBR的影响。本评论文章的一个显着的独创性在于它涵盖了AC吸附与气动二次和厌氧MBR（AnMBR）技术的整合的关键评估。

2。吸附与生物降解耦合膜技术

2.1。活性炭吸附去除污染物

去除废水污染物的过程在它们的扩散表面和/或AC的孔中而发生（Tsai等人，2005; Vyrides等人，2010）。然而，一些有机污染物比其他有机污染物具有更大的吸附例如，在水中溶解度低的有机物如甲苯和氯化有机物可以比极性有机物更容易被AC吸附（Vyrides等，2010）。AC被广泛地用于去除大量污染物，包括持久性异生物和痕量有机污染物（TrOC），如药物活性化合物和内分泌干扰化合物（EDCs），残留有机物（ROM）和其他耐火材料来自不同种类的废水的有机物（Snyder等，2007; Nguyen等，2012; Whang等，2004）（Ng et al。，2006; Munz et al。，2007; Liu et al。，2007; Remy et al。，2010; Lin et al。，2011）。一般来说，它们能够成功地去除所有可能在水中引起不良颜色，气味或味道的化合物 - 细节可以在表1中找到。然而，除了其它因素之外，ACs的污染物去除效率还受其粒度的影响。 Vyrides等（2010）报告显示，由于较小的颗粒具有较高的扩散转移和较大的表面积，因此小的AC颗粒（60.25mm）比较大的颗粒（60.75mm）（50％的COD去除）吸附更好（98％的COD去除）。另外，Ng等（2013）表明，如果使用的MPF不在膜上引起严重的PAC沉积，则细的PAC颗粒可以比较粗的PAC粒子更有效的控制膜污染。ACs在去除污染物方面的效率也受到污染物分子的大小的影响，通过添加PAC可以更好地去除高分子量的重量（Aquino等，2006）。 吸附在大AC孔中的大分子量污染物降低了有效孔径，因此，不能选择通过这些孔以达到较小孔的较小分子的吸附速率降低。 这不可避免地导致吸附随时间的减少，特别是当存在高分子量的多样性时，废水中的化合物的孔径分布范围很大。 Vyrides等 （2010）研究了来自AnMBR处理盐水污水的有机废水的吸附。 他们观察到53％的污染物具有低于1kDa的分子量，吸附前15分钟内PAC上高分子量溶质的吸附能够阻挡明显的孔隙，从而吸附 的低分子量化合物在缓慢发生时更加困难。 他们得出结论，废水中有机物的两个部分，即富含酸性的低分子量污染物（分子量：0.1-10kDa）和腐殖质 - 碳水化合物样的高分子量污染物（分子量：gt; 50kDa）难以被AC吸附，主要是颗粒活性炭（GAC）。 然而，低分子量有机物的情况似乎更糟。

尽管AC上的吸附可能保证有机物的在刚开始时的去除率，但随着时间的推移，它们的吸附能力将会降低（Magic-Knezev和van der Kooij，2004; Nguyen等，2012）。 需要安全处理或可以重新使用AC。 迄今为止，出现了许多用于AC再生的方法。 常见的再生技术是加热法（暴露于蒸汽，二氧化碳或惰性气氛）或化学方法（使用pH挥发或用溶剂萃取）。 当与生物过程结合时，也可能发生“生物再生”。 然而，从技术上或经济角度来看，所有这些技术往往都缺乏“实际”的解决方案（Chen et al。，2013; Li et al。，2015）。 进一步的覆盖AC的再生超出了本次审查的范围。

2.2。膜技术、吸附与生物降解相结合的原理

生物膜处理技术如微滤（MF）和超滤（UF）被广泛用于在水和废水处理中，主要用在分离颗粒，胶体和微生物。 然而，MF和UF都不能有效去除可溶性有机物质。 有机物去除可以通过联合的吸附/膜过滤来提高，这可以通过微生物的降解来进一步改善这一缺陷（Lesage et al。，2008; Tian et al。，2008; Tian et al。，2010） 。

综上所述，可以看出向CASP添加诸如AC的吸附剂由于生物降解与吸附的耦合会导致化学需氧量（COD）降低。近年来，基于CASP的实验经验，科学家对AC辅助MBR系统进行了探索。值得注意的是，在容纳膜的罐内添加的的AC也减轻了膜污染（Ahmed and Lan，2012）。

实验发现添加吸附剂的传统MBR对生物降解过程（组合吸附/生物降解以有效去除废水中的有机污染物）和膜过滤都有影响。一般来说，AC辅助MBR技术在需要高级处理的废水时是非常实用的，因为在这种情况下，不同处理方法的组合会比单一的处理方法更加有效。 AC增加了于液 - 固接触的表面，并更容易吸附，同时为微生物代谢提供了更好的环境，这使得即使在影响微生物群落的低有机速率下也能有效去除污染物。然而，AC和生物质之间的相互作用需要进一步研究（Lin et al。，2011）。

2.3。活性炭辅助膜生物反应器

迄今为止，PAC辅助的MBR主要用于减少膜污染。然而，最近的几项研究表明，集成AC吸附（特别是PAC）MBR技术具有从废水中去除顽固污染物的潜力（Li et al。，2011a; Nguyen et al。，2012，2014）。尽管关于工业废水的COD值在4000-5000 mg L 1和AnMBRs的研究也是可行的（Hu和Stuckey， 2007; Satyawali和Balakrishnan，2009）。除了控制由于膜污染和浓缩极化引起的MPF恶化外，还发现AC添加剂可以改善MBR处理过程，如下所示：（i）ACs吸附可能对微生物群落有毒的生物抗性化合物（ ii）它们为微生物的附着提供了场所，（iii）它们对分子氧具有高亲和力，因此增强了驱动力以将氧气主动地引入生物膜，和（iv）它们减少波动负载的影响（Lesage et al。，2005; Li et al。，2005; Tsai et al。，2005; Lesage et al。，2008; Satyawali and Balakrishnan，2009; Xing et al。，2011;Baecirc;taet al。 ，2013）。

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