生物活性炭工藝在廢水處理中的應用
摘要：介紹活性炭在水處理過程中的 應用 原理。結合工程實例來說明生物活性炭工藝實際的運用效果，包括投加粉末活性炭在生物接觸氧化池中(處理印染廢水)、在生物接觸氧化池后串聯顆粒狀生物活性活性炭濾池(處理玻璃纖維廢水)。并對在實際應用過程中存在的 問題 進行探討。
關鍵詞：活性炭 生物處理 工業 廢水
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500～1700 m2/g)和特別發達的微孔，吸附性能和化學穩定性良好，可以耐強酸、強堿，能經受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎。
活性炭吸附水中溶質分子是一個復雜的過程，是幾種力綜合作用的結果，包括離子吸引力、范德華力、化學雜和力。根據吸附的雙速率擴散 理論 認為，吸附是一個由迅速擴散和緩慢擴散兩階段構成的雙速過程，迅速擴散在數小時內即完成，發揮了60%-80%活性炭的吸附容量。迅速擴散是溶質分子在碳粒內沿徑向均勻分布的阻力小的大孔隙中擴散的過程。這些大孔隙產生徑向的擴散阻力。當分子從大孔進一步進入與大孔相通的微孔中擴散時，由于受到狹窄孔徑所產生的很大阻力，從而極為緩慢。微孔也是在碳粒內均勻分布，但不構成徑向的擴散阻力。 影響 粉末活性炭吸附的因素涉及溶質分子極性、分子量大小、空間結構，這一點取決于水源水質的特征。活性炭對不同的物質分子具有選擇吸附性。
投加粉末活性碳后，水體相當部分有機物得到去除，水體中膠狀物質含量減少，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，能改善絮體的結構。除有良好的去除有機污染能力，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達的木質粉末活性炭，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廢水處理中的應用
某 企業 印染產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，具有色度深、水溫高、懸浮物高、瞬時排放濃度高、水質變化大、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廢水之一。日排放織物染色廢水500～1200m3/d，采用物化預沉—生物接觸氧化—物化二沉工藝，出水要求達到國家紡織染整工業水污染排放標準(GB4287-1992)中的一級排放標準。經物化和生化處理后，其色度等指標已能達標，但CODcr在150mg/l左右。經小試后在生化池末段投加少量活性炭，對生物處理進行強化，最終做到達標排放。工藝流程如下：
該工藝中冷卻塔根據水溫情況選擇性使用，確保進生化池水溫在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，以后視出水水質補加少量，循環使用周期約為一周。初沉所用混凝藥劑為石灰和硫酸亞鐵，控制PH在7.5～8.5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 主要構筑物設計說明
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編號
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構筑物
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說明
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1
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調節池 | 地下鋼砼結構；30m×20m×2m，有效容積1000m3，停留時間19h |
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2
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初沉池 | 地上鋼制；多斗重力排泥；5m×10m×5m，有效停留時間2h；表面負荷1.0m3/m2.h |
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3
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生物接觸氧化池 | 半地上式鋼砼結構；15m×18m×3.3m，有效容積約800m3，停留時間16h；風機(Q=13.8 m3/min P=0.35 kg/cm2 W=15kw)；內置彈性填料 |
|
4
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斜板二沉池 | 地上鋼制；多斗污泥泵排泥；2.5m×6.5m×2.5m；表面負荷3.0m3/m2.h |
表二 各構筑物實際平均處理效率
| 序號 |
指標
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單位
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調節池
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初沉池
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去除率
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生化池
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去除率
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二沉池
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去除率
|
標準
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1
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CODcr
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mg/l
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1500～3000
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700
|
69%
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150
|
78%
|
100
|
33%
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100
|
|
2
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色度
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倍
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500～2000
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150
|
90%
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60
|
60%
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35
|
40%
|
40
|
|
3
|
pH
|
|
6～7
|
8
|
/
|
6～7
|
/
|
6～7
|
/
|
6～9
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4
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水溫
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0C
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70～80
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30～35
|
/
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25～30
|
/
|
20～25
|
/
|
/
|
3.顆粒狀活性炭在玻璃纖維廢水深度處理中的 應用
某玻璃纖維生產 企業 主要產品是IT行業用 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，近百個不同規格的產品。生產污水主要來自玻璃纖維表面處理工序，水中的污染物質主要是“浸潤劑”組分(環氧乳液、PVAC乳液、聚氨酯乳液、潤滑劑及抗靜電劑、各種偶聯劑等)以及微細玻璃纖維等懸浮物。除溶劑外大部分是些熱穩定性高、難溶于水的高分子有機物，具有比重輕、顆粒細、可生化性差等物點。設計日排放廢水量800噸，采用氣浮—接觸氧化—炭砂過濾工藝，出水排放執行國家《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)的一級排放標準。工藝流程如下：
該工藝中：由于廢水表面活性物質較多，懸浮物疏水性較強且質量輕，預處理特別適合采用氣浮工藝。氣浮技術采用進口氣液混合泵，較傳統氣浮溶氣水氣泡粒徑在10～30微米，效果穩定，浮選效率高，操作管理簡便;炭砂過濾器承托層采用石英砂，內裝￠2～3mm、h=6mm的柱狀活性炭，其進水CODcr(控制<150 mg/l)及懸浮物已近達標，反沖洗根據過濾器內壓力控制(正常運行為0.02～0.06Mpa)，一般周期為3～5天，原水濃度較低時，終沉后已能達標，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，氣浮反應池投加的PAC、NaOH(PH計自動控制PH值在7～8間)、PAM都與提升泵一起聯鎖控制，大大節約了勞動力;污泥脫水采用帶式壓濾機，該機濾布應用進口方向性立毛纖維技術(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 主要構筑物設計說明
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編號
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構筑物
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說明
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1
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調節池 | 半地上式鋼砼結構；8.0m×7.5m×3.5m，容積210m3，停留時間約6h；環狀穿孔管曝氣 |
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2
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氣浮池 | 地上鋼制成套； 2.5m×4.5m×2.5m，停留時間0.8h；表面負荷3.1m3/m2.h；不銹鋼鏈輪刮泥機 |
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3
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生物接觸氧化池 | 半地上式鋼砼結構；15m×13m×3.5m，有效容積約600m3，停留時間18h；內置立體填料 |
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4
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二/終沉池 | 半地上式鋼砼；中間進水周邊出水； 周邊傳動刮泥機；￠8m×4.1m；表面負荷0.7m3/m2.h |
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5
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炭砂過濾器 | 鋼制，數量兩個；￠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，連續供氣；采用氣水聯舍反沖洗方式(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 各構筑物實際平均處理效率
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序號
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指標
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單位 | 調節池 | 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 | 標準 |
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1
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CODcr
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mg/l | 1200～1900 | 350～550 | 71% | 150 | 67% | 100～120 | 27% | 60～80 | 36% | 100 |
|
3
|
pH
|
5～6.5 | 7.5～8.0 | 7.2～7.8 | 7.0～7.5 | 6.8～7.0 | 6～9 | |||||
4. 工程應用中應解決的 問題
(1)粉塵飛揚的污染問題。由于粉末活性炭在諸多環節如裝卸、拆包、配制、投加過程中勞動強度大、容易引起粉塵飛揚，造成工作環境惡劣，成為制約粉末活性炭技術應用的一個關鍵的、實質性的問題。
(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較好，盡量延長其循環使用周期，以減少活性炭用量，節約運營費用。
(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，因此只有當炭床在單位時間內從廢水中吸附截留下來的有機物總量小于炭床微生物的最大分解再生能力時，才能維持動態平衡，確保長期穩定運行。一般設計時應控制進水CODcr在200mg/l以下，同時考慮設置跨越管，以免事故排放時對炭床造成不易恢復的損害。
(4)加強生物炭池的操作管理，制定相關操作規程。加強反沖洗并控制好強度，防止活性炭流失;運轉時保證連續曝氣，不進水或水量少時可適當減少供氣量。
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