生物活性炭工艺在废水处理中的应用.doc

生物活性炭工艺在废水处理中应用

摘 要: 介绍活性炭在水处理过程中应用原理。结合工程实例来说明生物活性炭工艺实际利用效果, 包含投加粉末活性炭在生物接触氧化池中(处理印染废水)、 在生物接触氧化池后串联颗粒状生物活性活性炭滤池(处理玻璃纤维废水)。并对在实际应用过程中存在问题进行探讨。
关键字: 活性炭 生物处理 工业废水
1.活性炭吸附净水原理
活性炭是一个非极性吸附剂。外观为暗黑色, 有粒状和粉状两种。近几年又发展了球状活性炭, 浸透型活性炭和高分子涂层活性炭等新品种。关键成份除炭以外还含少许氧、 氢、 硫等元素, 以及水分、 灰分。其含有巨大比表面积(通常比表面积高达500～1700 m2/g)和尤其发达微孔, 吸附性能和化学稳定性良好, 能够耐强酸、 强碱, 能经受水浸、 高温、 高压作用, 不易破碎。
活性炭吸附水中溶质分子是一个复杂过程, 是多个力综合作用结果, 包含离子吸引力、 范德华力、 化学杂和力。依据吸附双速率扩散理论认为, 吸附是一个由快速扩散和缓慢扩散两阶段组成双速过程, 快速扩散在数小时内即完成, 发挥了60%－80%活性炭吸附容量。快速扩散是溶质分子在碳粒内沿径向均匀分布阻力小大孔隙中扩散过程。这些大孔隙产生径向扩散阻力。当分子从大孔深入进入与大孔相通微孔中扩散时, 因为受到狭窄孔径所产生很大阻力, 从而极为缓慢。微孔也是在碳粒内均匀分布, 但不组成径向扩散阻力。影响粉末活性炭吸附原因包含溶质分子极性、 分子量大小、 空间结构, 这一点取决于水源水质特征。活性炭对不一样物质分子含有选择吸附性。
投加粉末活性碳后, 水体相当部分有机物得到去除, 水体中胶状物质含量降低, 表面粘度下降。粉末活性碳吸附在絮凝物上, 有利于絮体架桥, 能改善絮体结构。除有良好去除有机污染能力, 同时还含有良好助凝作用, 使出水CODcr、 色度、 浊度大幅度下降。同时活性炭对水中致癌物与致突变物及其含酚化合物都有良好去除效果。
粉末活性炭对人工合成化学物吸附去除关键取决于该化合物类型。在选择投加点时, 要有充足搅拌条件, 使粉末活性炭能快速与处理水有良好混合接触; 尽可能延长粉末活性炭与水体接触吸附时间, 充足利用粉末活性炭吸附能力, 提升吸附率; 选择粒径小和中孔较发达木质粉末活性炭, 使相同重量活性炭吸附面积相对大, 提升活性炭对有机物吸附效能; 尽可能降低水处理药剂对吸附干扰(如氯、 高锰酸钾、 混凝剂等); 依据投加量多少、 场地条件选择干式或湿式投加。
2.粉末活性炭活性污泥法在印染废水处理中应用
某企业印染产品以化纤织物和棉布染色为主, 废水中含有纤维、 浆料、 染料、 助剂、 油、 漂白剂以及等。废水排放方法为半连续, 含有色度深、 水温高、 悬浮物高、 瞬时排放浓度高、 水质改变大、 难降解有机物百分比高, 可生化性差等特点, 属于较难处理工业废水之一。日排放织物染色废水500～1200m3/d, 采取物化预沉—生物接触氧化—物化二沉工艺, 出水要求达成国家纺织染整工业水污染排放标准（GB4287-1992）中一级排放标准。经物化和生化处理后, 其色度等指标已能达标, 但CODcr在150mg/l左右。经小试后在生化池末段投加少许活性炭, 对生物处理进行强化, 最终做抵达标排放。工艺步骤以下:

该工艺中冷却塔依据水温情况选择性使用, 确保进生化池水温在30℃左右, 通常冬季基础能满足要求, 勿需开启。粉末活性炭投加品种及量由水样小试确定, 首次投加量为100mg/l, 以后视出水水质补加少许, 循环使用周期约为一周。初沉所用混凝药剂为石灰和硫酸亚铁, 控制PH在7.5～8.5间; 生化后使用聚合氯化铝和聚丙烯酰胺, 关键为确保絮凝沉淀效果, 用量极少。
表一  关键构筑物设计说明
编号
构筑物
说明
1
调整池
地下钢砼结构; 30m×20m×2m, 有效容积1000m3, 停留时间19h
2
初沉池
地上钢制; 多斗重力排泥; 5m×10m×5m, 有效停留时间2h; 表面负荷1.0m3/m2.h
3
生物接触氧化池
半地上式钢砼结构; 15m×18m×3.3m, 有效容积约800m3, 停留时间16h; 风机(Q=13.8 m3/min  P=0.35 kg/cm2  W=15kw); 内置弹性填料
4
斜板二沉池
地上钢制; 多斗污泥泵排泥; 2.5m×6.5m×2.5m; 表面负荷3.0m3/m2.h
表二  各构筑物实际平均处理效率
序号
指标
单位
调整池
初沉池
去除率
生化池
去除率
二沉池
去除率
标准
1
CODcr
mg/l
1500～3000
700
69%
150
78%
100
33%
100
2
色度
倍
500～
150
90%
60
60%
35
40%
40
3
pH

6～7
8
/
6～7
/
6～7
/
6～9
4
水温
0C
70～80
30～35
/
25～30
/
20～25
/
/
3.颗粒状活性炭在玻璃纤维废水深度处理中应用
某玻璃纤维生产企业关键产品是IT行业用电子一级玻璃纤维纱、 增强型玻璃纤维纱和短切毡等五大类九个品种, 近百个不一样规格产品。生产污水关键来自玻璃纤维表面处理工序, 水中污染物质关键是“浸润剂”组分(环氧乳液、 PVAC乳液、 聚氨酯乳液、 润滑剂及抗静电剂、 多种偶联剂等)以及微细玻璃纤维等悬浮物。除溶剂外大部分是些热稳定性高、 难溶于水高分子有机物, 含有比重轻、 颗粒细、 可生化性差等物点。设计日排放废水量800吨, 采取气浮—接触氧化—炭砂过滤工艺, 出水排放实施国家《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)一级排放标准。工艺步骤以下:

该工艺中: 因为废水表面活性物质较多, 悬浮物疏水性较强且质量轻, 预处理尤其适合采取气浮工艺。气浮技术采取进口气液混合泵, 较传统气浮溶气水气泡粒径在10～30微米, 效果稳定, 浮选效率高, 操作管理简便; 炭砂过滤器承托层采取石英砂, 内装￠2～3mm、 h=6mm柱状活性炭, 其进水CODcr(控制<150 mg/l)及悬浮物已近达标, 反冲洗依据过滤器内压力控制(正常运行为0.02～0.06Mpa), 通常周期为3～5天, 原水浓度较低时, 终沉后已能达标, 可跨越生物炭床直接排放; 自动控制化程度较高, 气浮及过滤器前提升泵均采取Key牌液位计自动控制, 气浮反应池投加PAC、 NaOH(PH计自动控制PH值在7～8间)、 PAM都与提升泵一起联锁控制, 大大节省了劳动力; 污泥脱水采取带式压滤机, 该机滤布应用进口方向性立毛纤维技术(滤布宽度1.5m), 脱水后污泥含水率低, 易剥离, 滤布较清洁易冲洗。
表三  关键构筑物设计说明
编号
构筑物
说明
1
调整池
半地上式钢砼结构; 8.0m×7.5m×3.5m, 容积210m3, 停留时间约6h; 环状穿孔管曝气
2
气浮池
地上钢制成套; 2.5m×4.5m×2.5m, 停留时间0.8h; 表面负荷3.1m3/m2.h; 不锈钢链轮刮泥机
3
生物接触氧化池
半地上式钢砼结构; 15m×13m×3.5m, 有效容积约600m3, 停留时间18h; 内置立体填料
4
二/终沉池
半地上式钢砼; 中间进水周围出水; 周围传动刮泥机; ￠8m×4.1m; 表面负荷0.7m3/m2.h
5
炭砂过滤器
钢制, 数量两个; ￠3m×3.5m, 炭层有效高度1.2m, 石英砂0.3m; 滤速2.5m/h, 气水比为3: 1, 连续供气; 采取气水联舍反冲洗方法(反冲气强度为10L/ m2.s,反冲水强度为3.2L/ m2.s); 每年补充反洗损失活性炭
表四  各构筑物实际平均处理效率
序号
指标
单位
调整池
气浮池
去除率
生化/二沉
去除率
终沉池
去除率
炭滤器
去除率
标准
1
CODcr
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.工程应用中应处理问题
(1)粉尘飞扬污染问题。因为粉末活性炭在很多步骤如装卸、 拆包、 配制、 投加过程中劳动强度大、 轻易引发粉尘飞扬, 造成工作环境恶劣, 成为制约粉末活性炭技术应用一个关键、 实质性问题。
(2)投资、 成本控制。粉末活性炭作为一个有效强化或废水深度处理方法, 必需确保待处理废水水质很好, 尽可能延长其循环使用周期, 以降低活性炭用量, 节省运行费用。
(3)对于生物活性炭池, 因为炭床空间中生长微生物总量有限, 所以只有当炭床在单位时间内从废水中吸附截留下来有机物总量小于炭床微生物最大分解再生能力时, 才能维持动态平衡, 确保长久稳定运行。通常设计时应控制进水CODcr在200mg/l以下, 同时考虑设置跨越管, 以免事故排放时对炭床造成不易恢复损害。
(4)加强生物炭池操作管理, 制订相关操作规程。加强反冲洗并控制好强度, 预防活性炭流失; 运转时确保连续曝气, 不进水或水量少时可合适降低供气量。