生物活性炭工藝在廢水處理中的應(yīng)用

1、.生物活性炭工藝在廢水處理中的應(yīng)用1.活性炭吸附凈水原理活性炭是一種非極性吸附劑。外觀為暗黑色，有粒狀和粉狀兩種。近幾年又發(fā)展了球狀活性炭，浸透型活性炭和高分子涂層活性炭等新的品種。主要成分除炭以外還含少量的氧、氫、硫等元素，以及水分、灰分。其具有巨大的比表面積(通常比表面積高達(dá)5001700 m2/g)和特別發(fā)達(dá)的微孔，吸附性能和化學(xué)穩(wěn)定性良好，可以耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎?；钚蕴课剿腥苜|(zhì)分子是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，是幾種力綜合作用的結(jié)果，包括離子吸引力、范德華力、化學(xué)雜和力。根據(jù)吸附的雙速率擴(kuò)散理論認(rèn)為，吸附是一個(gè)由迅速擴(kuò)散和緩慢擴(kuò)散兩階段構(gòu)成的雙速過(guò)程，迅速擴(kuò)散在

2、數(shù)小時(shí)內(nèi)即完成，發(fā)揮了60%80%活性炭的吸附容量。迅速擴(kuò)散是溶質(zhì)分子在碳粒內(nèi)沿徑向均勻分布的阻力小的大孔隙中擴(kuò)散的過(guò)程。這些大孔隙產(chǎn)生徑向的擴(kuò)散阻力。當(dāng)分子從大孔進(jìn)一步進(jìn)入與大孔相通的微孔中擴(kuò)散時(shí)，由于受到狹窄孔徑所產(chǎn)生的很大阻力，從而極為緩慢。微孔也是在碳粒內(nèi)均勻分布，但不構(gòu)成徑向的擴(kuò)散阻力。影響粉末活性炭吸附的因素涉及溶質(zhì)分子極性、分子量大小、空間結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)取決于水源水質(zhì)的特征?；钚蕴繉?duì)不同的物質(zhì)分子具有選擇吸附性。投加粉末活性碳后，水體相當(dāng)部分有機(jī)物得到去除，水體中膠狀物質(zhì)含量減少，表面粘度下降。粉末活性碳吸附在絮凝物上，有利于絮體的架橋，能改善絮體的結(jié)構(gòu)。除有良好的去除有機(jī)污染能力

3、，同時(shí)還具有良好的助凝作用，使出水CODcr、色度、濁度大幅度下降。同時(shí)活性炭對(duì)水中的致癌物與致突變物及其含酚化合物均有良好的去除效果。粉末活性炭對(duì)人工合成化學(xué)物的吸附去除主要取決于該化合物的類型。在選擇投加點(diǎn)時(shí)，要有充足的攪拌條件，使粉末活性炭能快速與處理水有良好的混合接觸；盡量延長(zhǎng)粉末活性炭與水體接觸吸附時(shí)間，充分利用粉末活性炭的吸附能力，提高吸附率；選取粒徑小和中孔較發(fā)達(dá)的木質(zhì)粉末活性炭，使同等重量的活性炭吸附面積相對(duì)大，提高活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附效能；盡量減少水處理藥劑對(duì)吸附的干擾(如氯、高錳酸鉀、混凝劑等)；根據(jù)投加量的多少、場(chǎng)地條件選取干式或濕式投加。 2.粉末活性炭活性污泥法在印染

4、廢水處理中的應(yīng)用某企業(yè)印染產(chǎn)品以化纖織物和棉布染色為主，廢水中含有纖維、漿料、染料、助劑、油、漂白劑以及等。廢水排放方式為半連續(xù)，具有色度深、水溫高、懸浮物高、瞬時(shí)排放濃度高、水質(zhì)變化大、難降解有機(jī)物比例高，可生化性差等特點(diǎn)，屬于較難處理的工業(yè)廢水之一。日排放織物染色廢水5001200m3/d，采用物化預(yù)沉生物接觸氧化物化二沉工藝，出水要求達(dá)到國(guó)家紡織染整工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)（GB4287-1992）中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)物化和生化處理后，其色度等指標(biāo)已能達(dá)標(biāo)，但CODcr在150mg/l左右。經(jīng)小試后在生化池末段投加少量活性炭，對(duì)生物處理進(jìn)行強(qiáng)化，最終做到達(dá)標(biāo)排放。工藝流程如下：該工藝中冷卻塔根

5、據(jù)水溫情況選擇性使用，確保進(jìn)生化池水溫在30左右，一般冬季基本能滿足要求，勿需開(kāi)啟。粉末活性炭投加品種及量由水樣小試確定，首次投加量為100mg/l，以后視出水水質(zhì)補(bǔ)加少量，循環(huán)使用周期約為一周。初沉所用混凝藥劑為石灰和硫酸亞鐵，控制PH在7.58.5間；生化后使用聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺，主要為確保絮凝沉淀效果，用量很少。表一  主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)說(shuō)明編號(hào)構(gòu)筑物說(shuō)明1調(diào)節(jié)池地下鋼砼結(jié)構(gòu)；30m×20m×2m，有效容積1000m3，停留時(shí)間19h2初沉池地上鋼制；多斗重力排泥；5m×10m×5m，有效停留時(shí)間2h；表面負(fù)荷1.0m3/m2.h3生物接

6、觸氧化池半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)；15m×18m×3.3m，有效容積約800m3，停留時(shí)間16h；風(fēng)機(jī)(Q=13.8 m3/min  P=0.35 kg/cm2  W=15kw)；內(nèi)置彈性填料4斜板二沉池地上鋼制；多斗污泥泵排泥；2.5m×6.5m×2.5m；表面負(fù)荷3.0m3/m2.h表二  各構(gòu)筑物實(shí)際平均處理效率序號(hào)指標(biāo)單位調(diào)節(jié)池初沉池去除率生化池去除率二沉池去除率標(biāo)準(zhǔn)1CODcr mg/l1500300070069%15078%10033%1002色度倍500200015090%6060%3540%403pH678/67/6

7、7/694水溫0C70803035/2530/2025/3.顆粒狀活性炭在玻璃纖維廢水深度處理中的應(yīng)用某玻璃纖維生產(chǎn)企業(yè)主要產(chǎn)品是IT行業(yè)用電子一級(jí)玻璃纖維紗、增強(qiáng)型玻璃纖維紗和短切氈等五大類九個(gè)品種，近百個(gè)不同規(guī)格的產(chǎn)品。生產(chǎn)污水主要來(lái)自玻璃纖維表面處理工序，水中的污染物質(zhì)主要是“浸潤(rùn)劑”組分(環(huán)氧乳液、PVAC乳液、聚氨酯乳液、潤(rùn)滑劑及抗靜電劑、各種偶聯(lián)劑等)以及微細(xì)玻璃纖維等懸浮物。除溶劑外大部分是些熱穩(wěn)定性高、難溶于水的高分子有機(jī)物，具有比重輕、顆粒細(xì)、可生化性差等物點(diǎn)。設(shè)計(jì)日排放廢水量800噸，采用氣浮接觸氧化炭砂過(guò)濾工藝，出水排放執(zhí)行國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 89781996)的

8、一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。工藝流程如下：該工藝中：由于廢水表面活性物質(zhì)較多，懸浮物疏水性較強(qiáng)且質(zhì)量輕，預(yù)處理特別適合采用氣浮工藝。氣浮技術(shù)采用進(jìn)口氣液混合泵，較傳統(tǒng)氣浮溶氣水氣泡粒徑在1030微米，效果穩(wěn)定，浮選效率高，操作管理簡(jiǎn)便；炭砂過(guò)濾器承托層采用石英砂，內(nèi)裝23mm、h=6mm的柱狀活性炭，其進(jìn)水CODcr(控制<150 mg/l)及懸浮物已近達(dá)標(biāo)，反沖洗根據(jù)過(guò)濾器內(nèi)壓力控制(正常運(yùn)行為0.020.06Mpa)，一般周期為35天，原水濃度較低時(shí)，終沉后已能達(dá)標(biāo)，可跨越生物炭床直接排放；自動(dòng)控制化程度較高，氣浮及過(guò)濾器前提升泵均采用Key牌液位計(jì)自動(dòng)控制，氣浮反應(yīng)池投加的PAC、NaOH(PH

9、計(jì)自動(dòng)控制PH值在78間)、PAM都與提升泵一起聯(lián)鎖控制，大大節(jié)約了勞動(dòng)力；污泥脫水采用帶式壓濾機(jī)，該機(jī)濾布應(yīng)用進(jìn)口方向性立毛纖維技術(shù)(濾布寬度1.5m)，脫水后污泥含水率低，易剝離，濾布較清潔易沖洗。表三  主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)說(shuō)明編號(hào)構(gòu)筑物說(shuō)明1調(diào)節(jié)池半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)；8.0m×7.5m×3.5m，容積210m3，停留時(shí)間約6h；環(huán)狀穿孔管曝氣2氣浮池地上鋼制成套； 2.5m×4.5m×2.5m，停留時(shí)間0.8h；表面負(fù)荷3.1m3/m2.h；不銹鋼鏈輪刮泥機(jī)3生物接觸氧化池半地上式鋼砼結(jié)構(gòu)；15m×13m×3.5m，有效容積

10、約600m3，停留時(shí)間18h；內(nèi)置立體填料4二/終沉池半地上式鋼砼；中間進(jìn)水周邊出水； 周邊傳動(dòng)刮泥機(jī)；8m×4.1m；表面負(fù)荷0.7m3/m2.h5炭砂過(guò)濾器鋼制，數(shù)量?jī)蓚€(gè)；3m×3.5m，炭層有效高度1.2m，石英砂0.3m；濾速2.5m/h，氣水比為3：1，連續(xù)供氣；采用氣水聯(lián)舍反沖洗方式(反沖氣強(qiáng)度為10L/ m2.s,反沖水強(qiáng)度為3.2L/ m2.s)；每年補(bǔ)充反洗損失活性炭表四  各構(gòu)筑物實(shí)際平均處理效率序號(hào)指標(biāo)單位調(diào)節(jié)池氣浮池去除率生化/二沉去除率終沉池去除率炭濾器去除率標(biāo)準(zhǔn)1CODcr mg/l1200190035055071%15067%1001

11、2027%608036%1003pH  56.57.58.07.27.87.07.56.87.0694. 工程應(yīng)用中應(yīng)解決的問(wèn)題 (1)粉塵飛揚(yáng)的污染問(wèn)題。由于粉末活性炭在諸多環(huán)節(jié)如裝卸、拆包、配制、投加過(guò)程中勞動(dòng)強(qiáng)度大、容易引起粉塵飛揚(yáng)，造成工作環(huán)境惡劣，成為制約粉末活性炭技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵的、實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題。 (2)投資、成本控制。粉末活性炭作為一種有效的強(qiáng)化或廢水深度處理方法，必須確保待處理廢水水質(zhì)較好，盡量延長(zhǎng)其循環(huán)使用周期，以減少活性炭用量，節(jié)約運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。(3)對(duì)于生物活性炭池，由于炭床空間中生長(zhǎng)的微生物總量有限，因此只有當(dāng)炭床在單位時(shí)間內(nèi)從廢水中吸附截留下來(lái)的有機(jī)物總量小于

12、炭床微生物的最大分解再生能力時(shí)，才能維持動(dòng)態(tài)平衡，確保長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。一般設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制進(jìn)水CODcr在200mg/l以下，同時(shí)考慮設(shè)置跨越管，以免事故排放時(shí)對(duì)炭床造成不易恢復(fù)的損害。(4)加強(qiáng)生物炭池的操作管理，制定相關(guān)操作規(guī)程。加強(qiáng)反沖洗并控制好強(qiáng)度，防止活性炭流失；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保證連續(xù)曝氣，不進(jìn)水或水量少時(shí)可適當(dāng)減少供氣量。生物活性炭濾池的反沖洗方式研究在臭氧生物活性炭深度處理技術(shù)應(yīng)用中，生物活性炭(BAC)濾池的反沖洗問(wèn)題非常棘手又亟需解決。隨著BAC濾池運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，炭粒表面和濾床中積累的生物和非生物顆粒量不斷增加，導(dǎo)致炭粒間隙減小，影響濾池的出水水質(zhì)和產(chǎn)水量1。反沖洗方式與相 關(guān)參數(shù)直接影

13、響B(tài)AC濾池的運(yùn)行效果和成本。有研究表明2，采用單獨(dú)水沖的濾池出水中生物可同化有機(jī)碳(AOC)和細(xì)菌量高于采用氣水聯(lián)合反沖的濾池，而充分去除過(guò)量的生物膜是保證濾池成功運(yùn)行的重要前提。國(guó)外對(duì)生物濾池反沖過(guò)程中的顆粒脫附機(jī)理進(jìn) 行了研究3，但關(guān)于其程序及相關(guān)參數(shù)選取的報(bào)道較少，而這又恰是指導(dǎo)生產(chǎn)所必須解決的重要問(wèn)題。國(guó)內(nèi)對(duì)此方面的研究起步較晚，個(gè)別采用生物活性炭技術(shù)的水廠只能直接參照國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，如昆明、北京水司均采用單獨(dú)水沖(濾層膨脹率為25%)。1試驗(yàn)方法1.1 工藝流程及裝置中試的工藝流程為預(yù)臭氧化混凝、沉淀、過(guò)濾臭氧生物活性炭，試驗(yàn)裝置包括常規(guī)處理、臭氧化和BAC濾池處理系統(tǒng)。BAC濾池橫斷面

14、尺寸為500 mm×500 mm，高度為4.92 m，內(nèi)部均分為兩格，采用小阻力配水系統(tǒng)。池內(nèi)裝填ZJ-15型柱狀活性炭，其碘值和亞甲藍(lán)吸附值分別為961、187 mg/ g。運(yùn)行之前采用未加氯的砂濾出水先浸泡活性炭1周，再反洗清潔。試驗(yàn)期間，臭氧化與常規(guī)處理工藝參數(shù)基本恒定。預(yù)臭氧化的接觸時(shí)間和投量分別為4.5min和1.5 mg/L左右；主臭氧化的接觸時(shí)間和投量分別為16 min和2.0mg/L左右。常規(guī)處理水 量為33.5m3/h，混合時(shí)間為66.5s，反應(yīng)時(shí)間為23.219.9 min，沉淀池清水 區(qū)上升流速為1.391.62 mm/s、斜管內(nèi)上升流速為1.601.87mm/

15、s，濾池濾速為6.497. 57 m/h?；炷齽┖蚿H值調(diào)節(jié)劑分別采用液態(tài)堿鋁和氫氧化鈉，投加濃度分別為2.5、6 mg/L左右。1.2  反沖方式第一階段單獨(dú)水反沖試驗(yàn)的炭床高度分別為2.0、2.5 m，沖洗強(qiáng)度分別為12、14、18L/(m2·s)，沖洗歷時(shí)約為10 min。第二階段氣水聯(lián)合反沖洗試驗(yàn)的炭床高度為2.0 m，氣沖強(qiáng) 度分別為8、11、14L/(m2·s)，氣沖歷時(shí)分別為3、5min；水沖強(qiáng)度分別為6、8、10、1 2、14L/(m2·s)，水沖歷時(shí)約為10 min。試驗(yàn)期間BAC濾池進(jìn)水水溫較高(平均為29 )，采用自然掛膜(生物膜成

16、熟時(shí)間約為15d)，其反沖洗周期一般為7d。2  結(jié)果與分析水中生物顆粒的相對(duì)含量以濁度表示，其微生物最低檢測(cè)濃度為3.7×105個(gè)/mL4。BAC濾池反沖廢水中微生物濃度(個(gè)/mL)的數(shù)量級(jí)一般不低于1052、3，故以反沖廢水的濁度作為一項(xiàng)主要檢測(cè)指標(biāo)。2.1水反沖沖洗強(qiáng)度試驗(yàn)中以相同反沖歷時(shí)下的反沖廢水濁度、反沖廢水濁度與初始濁度的比值、從高濁度到持續(xù)低濁度的出現(xiàn)歷時(shí)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。在一定范圍內(nèi)提高水沖強(qiáng)度會(huì)改善反沖洗效果。當(dāng)運(yùn)行條件相近、水沖強(qiáng)度分別為14、18/(m2·s)時(shí)，反沖廢水初始濁度分別為34.3、116 NTU。去除負(fù)荷相同導(dǎo)致二池截污量大致相等

17、，而初始濁度高意味著被沖下的雜質(zhì)多，由此推知經(jīng)低強(qiáng)度水 沖后的BAC濾池殘余雜質(zhì)較多，這主要是由于水沖強(qiáng)度高會(huì)產(chǎn)生較大的剪切力和拖拽力，更好地促使炭、水以及炭粒間的摩擦碰撞。兩種水沖強(qiáng)度下反沖廢水濁度比值為10%的歷時(shí)分別為200s和80 s，反沖廢水濁度由高到趨于平穩(wěn)的歷時(shí)分別為210s和180s，這間接表明采用高強(qiáng)度水沖對(duì)濾層沖洗得較為徹底、排出被沖雜質(zhì)較為容易。炭床高度為2.5 m的BAC濾 池的試驗(yàn)結(jié)果與此類似。在低強(qiáng)度水沖后期換以高強(qiáng)度水沖的過(guò)程中，反沖廢水濁度隨反沖洗歷時(shí)呈倒V”形變化。說(shuō)明高、低強(qiáng)度聯(lián)合水沖的效果優(yōu)于單一低強(qiáng)度水沖。雖然組合強(qiáng)度的水反沖效果有所 改善，但不顯著，還

18、大大增加了反沖洗耗水量，由此認(rèn)為單獨(dú)水反沖的適宜水沖強(qiáng)度為14 L/(m2·s)左右，對(duì)應(yīng)濾層膨脹率為20%左右。水沖歷時(shí)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)反沖廢水初期濁度、色度高，后期濁度、色度低，水沖強(qiáng)度為14、18L/(m2·s)時(shí)肉眼可見(jiàn)少量微生物絮體。這說(shuō)明BAC濾池的反沖廢水中生物顆粒和非生物顆粒均占相 當(dāng)比例，并且生物顆粒的出現(xiàn)時(shí)間相對(duì)滯后。一般，顆粒脫附的前提條件是外加脫附力大于顆粒所受的粘附力，而非生物顆粒的粘附力主要由范德華力和化學(xué)鍵力等構(gòu)成。對(duì)于生物顆粒，微生物的疏水性及胞外物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生比前述引力大得多的微觀引力3。非生物濾池的反沖廢水中非生物顆粒占絕大多數(shù)，一般以反沖廢水濁度

19、達(dá)到5NTU作為反沖洗結(jié)束條件。生物濾池中生物顆粒的脫附較難，其含量又難以濁度指標(biāo)來(lái)間接反映，故以反沖廢水濁度5NTU作為反沖洗結(jié)束的上限條件。同時(shí)，BAC濾池在反沖廢水濁度達(dá)到3NTU以后則很難下降，故將3NTU作為反沖洗結(jié)束的下限條件。對(duì)應(yīng)濁度為35 NTU的反沖洗歷時(shí)為68 min，即采用水沖強(qiáng)度為14L/(m2·s)的適宜歷時(shí)為68min。反沖洗排水槽與濾層間距反沖洗排水槽與濾層的間距過(guò)小易造成濾料流失，間距過(guò)大則不利于反沖廢水的及時(shí)排出，還會(huì)消耗較多的反沖洗用水。如采用14、18L/(m2·s)強(qiáng)度聯(lián)合反沖洗、在去除負(fù)荷相近的情況下，炭床高度為2.0m和2.5 m

20、的BAC濾池反沖廢水濁度變化趨于平穩(wěn)的歷時(shí)分別為210s和180s，反沖廢水濁度比值為10%的所需歷時(shí)分別為200 s和110s，反沖廢水濁度達(dá)到5 NTU的歷時(shí)分別為170s和160 s。在保證活性炭不被沖出池外的前提下，此高度差可適當(dāng)降低，建議實(shí)際應(yīng)用中以1.52.0 m為宜。2.2 兩段式氣水聯(lián)合反沖洗因長(zhǎng)有生物膜的活性炭體積質(zhì)量小、氣水同時(shí)反沖洗的控制要求高，故采用兩段式氣水聯(lián)合反沖洗，即先排水至炭床表面下10 cm處，然后通入壓縮空氣反洗，停氣后再用水反沖。為更準(zhǔn)確地比較不同方式的反沖洗效果，采用濁污比(反沖廢水濁度與反沖之前去除CODMn總量之比)、濁污比與初始濁污比的比值、從高濁

21、污比到持續(xù)低濁污比的出現(xiàn)歷時(shí)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。氣水反沖與單獨(dú)水反沖的比較炭床高度為2.0 m的BAC濾池在去除負(fù)荷相近時(shí)，盡管水沖強(qiáng)度均為14L/(m2·s)，但先氣沖5 min的效果明顯較好。氣水聯(lián)合反沖時(shí)反沖廢水的初始濁污比(1.39 NTU/gCOD)高于單獨(dú)水反沖的值(0.79NTU/gCO D),前者反沖廢水的濁污比從高到趨于平穩(wěn)的時(shí)刻(300 s)遲于后者(210s)，反沖廢水濁 污比與初始濁污比的比值達(dá)到10%的歷時(shí)也如此，原因在于較大的紊流氣體能預(yù)先沖松濾層 并更好地沖刷活性炭表面的生物膜。和普通濾池類似，單獨(dú)采用水反沖的BAC濾池具有一定的局限性。氣沖強(qiáng)度與水沖強(qiáng)度的匹

22、配氣、水強(qiáng)度的匹配是優(yōu)化氣、水聯(lián)合反沖洗的重要方面。氣、水強(qiáng)度組合分別為14、8L/(m2·s)和8、1012L/(m2·s)的試驗(yàn)結(jié)果表明，在反沖洗初期(060s)，相同反沖歷 時(shí)下的反沖廢水濁污比是前者大于后者，而反沖廢水的持續(xù)低濁污比及濁污比與初始濁污比的比值為10%的出現(xiàn)歷時(shí)大體相近；所需反沖水量大致相等。由此決定采取高氣沖強(qiáng)度、低水沖強(qiáng)度的匹配方式。其他條件相同，增大水沖強(qiáng)度會(huì)改善反沖洗效果，表現(xiàn)為反沖廢水初期濁污比增大，反沖廢水濁污比從高值到持續(xù)低值及濁污比與初始濁污比的比值為10%的所需歷時(shí)縮短，達(dá)到反沖廢水濁度為35 NTU的所需耗水量大體相等。雖然水沖強(qiáng)度為6、8 L/(m2·s) 的試驗(yàn)結(jié)果也類似，但因常規(guī)工藝出水中會(huì)殘存一定的溶解性有機(jī)污染物，臭氧化又減小了其粒徑，增大了微粒擴(kuò)散常數(shù)，增加了微粒間碰撞幾率和范德華引力，促使微粒被粘附的強(qiáng) 度和機(jī)會(huì)增加而更難于脫附。建議氣沖后采用微膨脹水沖強(qiáng)度為8L/(m2·s)。氣沖強(qiáng)度固定氣沖歷時(shí)為5 min、后續(xù)水沖強(qiáng)度為8L/(m2·s)，分別以氣沖強(qiáng)度為8、11、14 L/(m2·s)進(jìn)行氣、水反沖洗的試驗(yàn)結(jié)果表明，提高氣沖強(qiáng)度可改善反沖洗效果，主要 表現(xiàn)為初期反沖廢水的濁污比基本隨氣沖強(qiáng)度增大而增大。在氣沖強(qiáng)度為14L/(m2·s)的反沖洗試