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，可以耐強酸、強堿，能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎。活性炭吸附水中溶質(zhì)分子是一個復(fù)雜的過程，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，吸附是一個由迅速擴(kuò)散和緩慢擴(kuò)散兩階段構(gòu)成的雙速過程，迅速擴(kuò)散在

2、數(shù)小時內(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，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)，這一點取決于水源水質(zhì)的特征?；钚蕴繉Σ煌奈镔|(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污染能力

3、，同時還具有良好的助凝作用，使出水CODcr、色度、濁度大幅度下降。同時活性炭對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。在選擇投加點時，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；盡量延長粉末活性炭與水體接觸吸附時間，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大，提高活性炭對有機物的吸附效能；盡量減少水處理藥劑對吸附的干擾(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、瞬時排放濃度高、水質(zhì)變化大、難降解有機物比例高，可生化性差等特點，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)到國家紡織染整工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)（GB4287-1992）中的一級排放標(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，對生物處理進(jìn)行強化，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)計說明編號構(gòu)筑物說明1調(diào)節(jié)池地下鋼砼結(jié)構(gòu)；30m×20m×2m，有效容積1000m3，停留時間19h2初沉池地上鋼制；多斗重力排泥；5m×10m×5m，有效停留時間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，停留時間16h；風(fēng)機(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)筑物實際平均處理效率序號指標(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)用電子一級玻璃纖維紗、增強型玻璃纖維紗和短切氈等五大類九個品種，近百個不同規(guī)格的產(chǎn)品。生產(chǎn)污水主要來自玻璃纖維表面處理工序，水中的污染物質(zhì)主要是“浸潤劑”組分(環(huán)氧乳液、PVAC乳液、聚氨酯乳液、潤滑劑及抗靜電劑、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物，具有比重輕、顆粒細(xì)、可生化性差等物點。設(shè)計日排放廢水量800噸，采用氣浮接觸氧化炭砂過濾工藝，出水排放執(zhí)行國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 89781996)的

8、一級排放標(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，操作管理簡便；炭砂過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)過濾器內(nèi)壓力控制(正常運行為0.020.06Mpa)，一般周期為35天，原水濃度較低時，終沉后已能達(dá)標(biāo)，可跨越生物炭床直接排放；自動控制化程度較高，氣浮及過濾器前提升泵均采用Key牌液位計自動控制，氣浮反應(yīng)池投加的PAC、NaOH(PH

9、計自動控制PH值在78間)、PAM都與提升泵一起聯(lián)鎖控制，大大節(jié)約了勞動力；污泥脫水采用帶式壓濾機，該機濾布應(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)計說明編號構(gòu)筑物說明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，停留時間0.8h；表面負(fù)荷3.1m3/m2.h；不銹鋼鏈輪刮泥機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； 周邊傳動刮泥機；8m×4.1m；表面負(fù)荷0.7m3/m2.h5炭砂過濾器鋼制，數(shù)量兩個；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(反沖氣強度為10L/ m2.s,反沖水強度為3.2L/ m2.s)；每年補充反洗損失活性炭表四  各構(gòu)筑物實際平均處理效率序號指標(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)解決的問題 (1)粉塵飛揚的污染問題。由于粉末活性炭在諸多環(huán)節(jié)如裝卸、拆包、配制、投加過程中勞動強度大、容易引起粉塵飛揚，造成工作環(huán)境惡劣，成為制約粉末活性炭技術(shù)應(yīng)用的一個關(guān)鍵的、實質(zhì)性的問題。 (2)投資、成本控制。粉末活性炭作為一種有效的強化或廢水深度處理方法，必須確保待處理廢水水質(zhì)較好，盡量延長其循環(huán)使用周期，以減少活性炭用量，節(jié)約運營費用。(3)對于生物活性炭池，由于炭床空間中生長的微生物總量有限，因此只有當(dāng)炭床在單位時間內(nèi)從廢水中吸附截留下來的有機物總量小于

12、炭床微生物的最大分解再生能力時，才能維持動態(tài)平衡，確保長期穩(wěn)定運行。一般設(shè)計時應(yīng)控制進(jìn)水CODcr在200mg/l以下，同時考慮設(shè)置跨越管，以免事故排放時對炭床造成不易恢復(fù)的損害。(4)加強生物炭池的操作管理，制定相關(guān)操作規(guī)程。加強反沖洗并控制好強度，防止活性炭流失；運轉(zhuǎn)時保證連續(xù)曝氣，不進(jìn)水或水量少時可適當(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)濾池的反沖洗問題非常棘手又亟需解決。隨著BAC濾池運行時間的延長，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濾池的運行效果和成本。有研究表明2，采用單獨水沖的濾池出水中生物可同化有機碳(AOC)和細(xì)菌量高于采用氣水聯(lián)合反沖的濾池，而充分去除過量的生物膜是保證濾池成功運行的重要前提。國外對生物濾池反沖過程中的顆粒脫附機理進(jìn) 行了研究3，但關(guān)于其程序及相關(guān)參數(shù)選取的報道較少，而這又恰是指導(dǎo)生產(chǎn)所必須解決的重要問題。國內(nèi)對此方面的研究起步較晚，個別采用生物活性炭技術(shù)的水廠只能直接參照國外經(jīng)驗，如昆明、北京水司均采用單獨水沖(濾層膨脹率為25%)。1試驗方法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、過濾臭氧生物活性炭，試驗裝置包括常規(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)臭氧化的接觸時間和投量分別為4.5min和1.5 mg/L左右；主臭氧化的接觸時間和投量分別為16 min和2.0mg/L左右。常規(guī)處理水 量為33.5m3/h，混合時間為66.5s，反應(yīng)時間為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水反沖試驗的炭床高度分別為2.0、2.5 m，沖洗強度分別為12、14、18L/(m2·s)，沖洗歷時約為10 min。第二階段氣水聯(lián)合反沖洗試驗的炭床高度為2.0 m，氣沖強 度分別為8、11、14L/(m2·s)，氣沖歷時分別為3、5min；水沖強度分別為6、8、10、1 2、14L/(m2·s)，水沖歷時約為10 min。試驗期間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含量以濁度表示，其微生物最低檢測濃度為3.7×105個/mL4。BAC濾池反沖廢水中微生物濃度(個/mL)的數(shù)量級一般不低于1052、3，故以反沖廢水的濁度作為一項主要檢測指標(biāo)。2.1水反沖沖洗強度試驗中以相同反沖歷時下的反沖廢水濁度、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)歷時作為評價指標(biāo)。在一定范圍內(nèi)提高水沖強度會改善反沖洗效果。當(dāng)運行條件相近、水沖強度分別為14、18/(m2·s)時，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)低強度水 沖后的BAC濾池殘余雜質(zhì)較多，這主要是由于水沖強度高會產(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。兩種水沖強度下反沖廢水濁度比值為10%的歷時分別為200s和80 s，反沖廢水濁度由高到趨于平穩(wěn)的歷時分別為210s和180s，這間接表明采用高強度水沖對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 池的試驗結(jié)果與此類似。在低強度水沖后期換以高強度水沖的過程中，反沖廢水濁度隨反沖洗歷時呈倒V”形變化。說明高、低強度聯(lián)合水沖的效果優(yōu)于單一低強度水沖。雖然組合強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)為單獨水反沖的適宜水沖強度為14 L/(m2·s)左右，對應(yīng)濾層膨脹率為20%左右。水沖歷時試驗中發(fā)現(xiàn)反沖廢水初期濁度、色度高，后期濁度、色度低，水沖強度為14、18L/(m2·s)時肉眼可見少量微生物絮體。這說明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)時間相對滯后。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。對于生物顆粒，微生物的疏水性及胞外物質(zhì)會產(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，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。對應(yīng)濁度為35 NTU的反沖洗歷時為68 min，即采用水沖強度為14L/(m2·s)的適宜歷時為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小易造成濾料流失，間距過大則不利于反沖廢水的及時排出，還會消耗較多的反沖洗用水。如采用14、18L/(m2·s)強度聯(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)的歷時分別為210s和180s，反沖廢水濁度比值為10%的所需歷時分別為200 s和110s，反沖廢水濁度達(dá)到5 NTU的歷時分別為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)合反沖洗因長有生物膜的活性炭體積質(zhì)量小、氣水同時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)歷時作為評價指標(biāo)。氣水反沖與單獨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，盡管水沖強度均為14L/(m2·s)，但先氣沖5 min的效果明顯較好。氣水聯(lián)合反沖時反沖廢水的初始濁污比(1.39 NTU/gCOD)高于單獨水反沖的值(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，單獨采用水反沖的BAC濾池具有一定的局限性。氣沖強度與水沖強度的匹

22、配氣、水強度的匹配是優(yōu)化氣、水聯(lián)合反沖洗的重要方面。氣、水強度組合分別為14、8L/(m2·s)和8、1012L/(m2·s)的試驗結(jié)果表明，在反沖洗初期(060s)，相同反沖歷 時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)歷時大體相近；所需反沖水量大致相等。由此決定采取高氣沖強度、低水沖強度的匹配方式。其他條件相同，增大水沖強度會改善反沖洗效果，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。雖然水沖強度為6、8 L/(m2·s) 的試驗結(jié)果也類似，但因常規(guī)工藝出水中會殘存一定的溶解性有機污染物，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 度和機會增加而更難于脫附。建議氣沖后采用微膨脹水沖強度為8L/(m2·s)。氣沖強度固定氣沖歷時為5 min、后續(xù)水沖強度為8L/(m2·s)，分別以氣沖強度為8、11、14 L/(m2·s)進(jìn)行氣、水反沖洗的試驗結(jié)果表明，提高氣沖強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度增大而增大。在氣沖強度為14L/(m2·s)的反沖洗試