低成本陶瓷膜生物反应器耦合混凝-颗粒活性炭工艺强化污水处理效能研究

为解决农村社区污水处理中磷(PO4-P)和氮(NH3-N/NO3-N)去除难题，沙特阿拉伯研究团队创新性地将混凝-絮凝(CF)和颗粒活性炭柱(GACC)集成到低成本陶瓷膜生物反应器(LCMBR)中。研究表明，LCMBR-CF-GACC联用工艺可使出水COD<2 mg/L、PO4-P<0.2 mg/L，满足饮用水标准，为分散式污水处理提供了高效节能解决方案。

　　

全球水资源短缺背景下，污水处理回用成为缓解供需矛盾的关键策略。然而传统集中式处理系统在偏远地区面临高成本、高能耗等挑战，特别是对氮磷污染物的去除效率不足。沙特阿拉伯农村地区依赖落后的化粪池系统，存在地下水污染风险且运输成本高昂。针对这一现状，Qassim大学的研究团队在《Desalination and Water Treatment》发表研究，开发了一种集成低成本陶瓷膜生物反应器(LCMBR)与混凝-颗粒活性炭的协同工艺，为分散式污水处理提供了创新方案。

研究采用三阶段技术路线：首先利用本地黏土和米糠制备低成本陶瓷膜(成本仅0.2-0.3美元)，构建LCMBR系统；其次通过烧杯试验确定最佳Fe3?混凝剂量(50 mg/L)和空床接触时间(EBCT 30分钟)；最后建立连续流LCMBR-GACC和LCMBR-CF-GACC两套集成系统，对比处理效能。实验采用沙特Alqaraa村化粪池废水，监测COD、NH₃-N、PO₄-P等关键指标。

3.1 LCMBR性能评估
单独运行LCMBR时，采用24小时间歇曝气模式(0.4 m/d通量)，实现COD去除率98%(15.1 mg/L)和NH₃-N去除率88%(4.0 mg/L)，但PO₄-P几乎未去除。这证实了陶瓷膜在有机污染物去除方面的优势，同时暴露了生物法除磷的局限性。

3.2 GACC与CF工艺优化
通过EBCT梯度实验发现，30分钟接触时间可使GACC对PO₄-P、COD和NH₃-N的去除率达70-75%。混凝实验则显示50 mg/L Fe3?剂量能实现80%以上PO₄-P去除，为集成工艺提供了关键参数。

3.3 连续流集成工艺表现
LCMBR-CF-GACC联用展现出卓越性能：PO₄-P从16.7 mg/L降至0.18 mg/L(98.9%去除率)，COD降至1.8 mg/L，NH₃-N达0.017 mg/L，显著优于单独GACC处理。这种协同效应源于Fe3?与磷酸盐的化学沉淀作用，以及活性炭对有机物的吸附增强。

3.4 实际应用价值
该研究突破了传统MBR技术的高成本瓶颈，陶瓷膜造价仅为商业膜的1/8。集成工艺出水满足沙特、WHO和美国EPA的饮用水标准，特别适合农村地区的非饮用回用(如冲厕、洗车)。研究同时提出未来方向：评估GACC柱突破容量、探索天然混凝剂替代FeCl₃，以及验证对有机微污染物(OMPs)的去除效能。

这项由Shafiquzzaman Md.领衔的研究，通过LCMBR-CF-GACC三级工艺创新，实现了"低成本"与"高标准"的双重突破。不仅为沙特农村提供了切实可行的分散式处理方案，其陶瓷膜制备和间歇曝气策略更对全球缺水地区具有普适性参考价值。该成果将推动水资源循环利用从理论走向实践，助力可持续发展目标的实现。