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    活性炭用于高濃有機廢水治理的方法和效果

    生物質化工網—活性炭網論壇
    2009-08-03
    閱讀次數:3306
    閱讀字體 【

      作者:吉建斌  蘇艷春  杜秀珍  (山西新華化工廠設計研究所030008)

      高濃有機廢水的共同特點是成分復雜多變,色度高,BOD/COD一般均<0.15,可生化性差,治理難度大,屬重污染廢水,文獻中經常提及的高濃有機廢水有:造紙廢液(黑液、中段水及白水),印染廢水、煤化工工業廢水(焦化廢水、煤氣洗滌廢水),含油廢水(采油廢水、金屬加工廢水、煉油廢水),制藥廢水、食品工業廢水(味精生產廢水、釀酒工業廢水、糖精生產廢水等),以及日化、橡膠、合成纖維工業廢水等。

      高濃有機廢水的綜合治理是水處理工業最困難、最繁雜,同時也是研究最活躍的領域。目前的技術現狀是物化分離、生化降解并重,活性炭在各個技術范疇均有應用報道,在某些方面甚至具有不可替代的重要地位。

      1、活性炭在物化分離技術中的應用

      物化分離技術用于高濃有機廢水有以下幾種目的:回收有用成分(如從造紙廢液中回收紙漿和酸析木素,從采油廢水中回收石油烴,從味精生產廢水中回收酵母蛋白,從合成纖維生產廢水中回收生產原料等);去除廢水中大部分固體懸浮物,降低后繼生化處理工序有機負荷;去除廢水中對生化工序微生物有害的化學物質(如抗生素類、多環芳烴、酚、氰等);去除水中的有害物質,達標排放或回用于生產。

      該技術方法以分離為目的,著重點并非污染物的降解。常見的分離方法有:機械過濾(包括機械格柵、篩網、離心機、壓濾機等分離方法,多用于廢水的一級處理工序,一般設置于工序最前端);絮凝沉淀或絮凝氣浮,中和沉淀(包括酸析和堿析兩種方法);吸附過濾(濾料有陶?;蚨嗫滋瞻?、石英砂、無煙煤、焦炭、合成纖維、核桃殼、粉煤灰、各種類型活性炭等,用于去除膠體狀或溶解性有機物,多用于一級和三級處理工序)及利用各種工業廢氣的氣/液相吸收分離技術等?;钚蕴坑糜诟邼庥袡C廢水污染物的物化分離,有以下幾種用法。

      1.1  在一級處理工序用作絮凝/吸附分離劑

      最典型的應用技術是PACT工藝【1】。在石化、印染、焦化工業廢水中投加適量粉狀活性炭,可去除廢水中不可降解COD、色度和臭味,避免曝氣池發泡現象;使混凝絮體或生物絮體迅速增長而沉淀;去除廢水中重金屬離子或其絡合物。昆山華成織染有限公司使用粉狀活性炭與高效絮凝劑協同作用處理高色度印染廢水,快速分離廢水中活性有機染料,取得了良好的治理效果【2】。

      堿性品紅染料生產廢水經高效絮凝、煙道灰吸附,再用粒狀活性炭吸附過濾,出水水質可達GB8978-88一級排放標準,回用于生產【3】。利用一級處理工藝達三級處理效果,這是一項很有前途的印染廢水治理技術,其中活性炭的作用功不可沒。魏文圃等【4】詳細研究了幾種活性炭與強化混凝技術協同作用時對地毯廠印染廢水的一級處理效果。結果表明,經混凝沉淀、砂濾、粒狀活性炭吸附處理的廢水可回用于生產。另外,失效活性炭用V2O5-Ca(ClO)2催化氧化法再生時效果較好。郭玉華等【5】提出一種針對中小型金屬制品廠含油乳化廢水的處理工藝,廢水經NaClO氧化、除油、絮凝之后,用適宜的活性炭吸附處理,出水可直排。

      醫藥雙氯滅痛生產過程中排出多種高濃有機廢水,郝存江等6研究提出一種低投資的廢水處理工藝,廢水經酸析、爐渣吸附、石灰乳混凝,再用相當于廢水量3%wt的粉狀活性炭于60℃吸附處理1小時,廢水可達二級排放標準。廢炭摻入煤中用作鍋爐熱源。何昕等【7】研究了將PACT工藝用于有機磷農藥生產廢水的技術可行性,當向生物強化的一級處理系統中投加0.2%的粉狀活性炭時處理效果較好。廢炭可用酸堿再生,吸附性能恢復率為80%。

      利用甘蔗糖蜜為原料生產食用酒精時,從粗餾塔排出的廢液含各種難生物降解的色素物質。吳振強等【8】詳細研究了其中色素物質的種類和形成機理,并研究了多種脫色材料,最后提出,現有的最佳脫色材料為粉狀活性炭。當用量為10%(W/V) 時,在PH4~5,60℃條件下吸附30~40min,可使廢水近100%脫色,同時可去除56%的COD。廢炭用堿或甲醇溶液再生時效果較好。

      水楊酸生產過程排出的酸性含酚廢水也是一種難處理有機廢水。陳良【9】采用煤油和N-503萃取劑對該廢水萃取脫酚,再用粒狀活性炭吸附脫除余酚,出水殘酚濃度符合排放要求。

      丙烯酸丁酯生產廢水含有丙烯酸、酚類、苯磺酸和NaOH等多種可溶性化合物,可生化性極差,傳統處理工藝無法使出水達標。路光杰等【10】在傳統一級處理工藝中加入三級活性炭纖維吸附柱,使出水COD達標。吸附飽和的ACF用200~500℃過熱蒸汽再生。

      磷酸三(2,4-二溴苯基)酯是一種高效阻燃劑和防霉避鼠劑,其生產過程中排出的含酚廢水可經加酸析晶回收生產原料2,4-二溴苯酚后,用三級顆?;钚蕴窟^濾吸附,出水可達一級排放標準【11】?;钚蕴坎捎?50℃過熱蒸汽再生。

      汽車制造廠在進行車體電泳磷化處理過程中排出大量含有表面活性劑、乳化油、高分子樹脂、醚類、醇類、胺類有機化合物的生產廢水,其短時COD峰值可達2~3萬,難以生化降解,張林生等【12】在常規一級處理(絮凝、氣浮、砂濾)后,用粉狀活性炭進行強化吸附處理,使水質毒性降低,出水可進入生化工序進行常規生物處理。

      1.2  活性炭用作二級生化處理工序的微生物載體

      廢水的二級處理即生化降解是使廢水的COD和BOD分解并被微生物吸收、消化的生物化學反應過程。高濃有機廢水的生化處理因水質波動頻繁,水量嚴重不勻等原因,傳統活性污泥法極少被選用,可抗高負荷水質、水量沖擊的各種形式生物反應器是近幾年的研究熱點,載體性能是決定該類反應器效能的重要因素??捎米魃镙d體的材料有各種合成塑料制品、合成樹脂材料、廢橡膠顆粒、焦粒、活性炭等?;钚蕴坑米魃镙d體時,它本身只起到載體和吸附富集污染物的作用,故也將這種用法歸于物化分離范疇。

      陳漢榕等【13】選用固定彈性填料和粉狀活性炭充填厭氧復合生物膜反應器(分別占反應器總容積的20%和10%),接種馴化菌種,同時選用某種懸浮填料和柱狀活性炭充填好氧復合床生物反應器(分別占反應器總容積的30%和10%),并接種好氧菌群。由這兩種反應器構成的A/O生化處理流程用于纖維板生產排出的高濃有機廢水處理時取得了滿意的效果。張建民等【14】采用粉狀活性炭和旦質膠作厭氧菌載體進行造紙黑液的厭氧處理工藝研究,證明粉狀炭有加速顆粒污泥成熟化的特殊作用。張毅【15】在苧麻紡織印染廢水處理工藝設計中,選用活性炭、塑料環、石油焦、硅藻球作三相生物流化床反應器的生物膜載體,使單位體積載體活性污泥量達40~50mg/L,污水處理能力是生物轉盤的20~60倍,COD去除負荷高達2.5kg/m3載體。

      1.3  活性炭在廢水三級深度處理工序中的應用

      高濃有機廢水一般經一級物化和二級生化處理即可達標排放,增設三級深度處理的目的多為使出水符合生產回用水質要求。廢水的深度處理回用技術是未來我國水戰略的重點。廢水的三級深度處理方法有膜過濾、電滲析、離子交換、過濾(砂、陶粒等濾料)、活性炭吸附等,多屬物化法,活性炭在其中有兩種用法,一為普通吸附劑,另一種為O3/生物炭法(活性炭作生物膜載體)。齊魯石化橡膠廠工業用水嚴重不足,尤作亮等【16】對該廠生產過程排出的大量高濃度廢水進行物化、生化處理后,進行二次混凝沉淀、消毒、砂濾、活性炭吸附、反滲透等一系列深度處理工藝研究,研究表明,深度處理后得到的淡水水質優于當地地下水,可作為生產工藝用水。

      中藥廠生產廢水亦屬高濃有機廢水且水質復雜多變,廢水經生化處理(水解酸化、曝氣氧化)后有時尚難達標,西安某中藥廠采用粒狀活性炭吸附塔為終級水質把關設備,以保證排放達標【17】。

      稠油的蒸汽驅采會產生大量含油廢水,采油廢水回用是油田節水的重要措施,回用水水質必須符合SYJ10027-93鍋爐給水標準。陳雷等【18】研究提出采用溶氣氣浮一級處理,好氧曝氣二級處理,再經混凝沉淀、砂濾、活性炭吸附三級處理后,出水水質可滿足鍋爐回用水水質要求。

      廣州石化總廠廢水經隔油、浮選、氧化溝兩級處理后出水COD和NH4+-N達不到排放標準,龐金釗等【19】研究用生物膜反應器取代氧化溝進行二級生化處理,廢水再經活性炭吸附塔處理,出水可達二級排放標準。

      山東藤華染色有限公司排放的印染廢水經好氧曝氣,二沉池出水再經纖維過濾和兩級活性炭吸附塔處理后,水質符合生產回用技術要求【20】。易封萍【21】對南寧市某糖紙廠(用甘蔗渣為原料造紙)中段廢水采用混凝、生化、O3/生物活性炭處理工藝,出水符合飲用水衛生標準。

      2、活性炭用于高濃有機廢水的化學降解反應單元

      為了降低高濃有機廢水的生化處理負荷,近年來基于電化學反應原理的各種污水生化預處理反應器應運而生。該類反應器目前有以下幾種:一、氧化絮凝復合反應器(OFR),有電極板和催化劑,空氣作氧化劑,需耗電能;二、鐵碳微電解反應器,空氣作氧化劑,不需外供能源,但要求廢水PH值應處于合理范圍;三、粒子群電極電解反應器,需耗電能,空氣作氧化劑。

      電化學法(有時稱為電解法)處理高濃有機廢水的原理,是利用電化學反應的氧化還原、電附集、催化、混凝、吸附過濾等綜合效應達到有機物的降解、絮凝效果。反應器中連續產生的·OH自由基和新生態H可使大分子斷鏈,提高廢水的可生化性;另外,由于目前電解反應器中一般均填充經酸活化后的鐵屑或其它含鐵填料,電化學反應生成的新生態Fe2+離子是活潑混凝劑,也使廢水中一部分有機物絮凝沉淀而分離。

      鐵碳微電解反應器又稱內電解反應器,由于不耗電能,故研究報道較多。該類反應器多由一定粒度的機加工廢鐵屑經酸煮活化后作主填料,選出用焦炭、石墨、粉煤灰等作床層疏松劑及內電解電池的陰極【22】【23】【24】,當鐵屑含碳量較高時,活化后的鐵屑可直接用作內電解反應器填料【25】。從理論上講,活性炭代替焦炭、石墨等作內電解反應器的輔助填充劑和陰極材料效果更佳,但迄今尚未見到此方面的報道。

      陶龍驤等【26】提出,為了加快廢水中有機物的電化學反應及氧化反應速率,可采用增加電極的過電位及電極表面積、優選電極材料和改進電極結構等方法。他們選擇鈦作電極基材,在其表面覆蓋一層SnO2和Sb2O3的混合物制成復合高析氧性電極;選擇適宜的活性炭作粒子群電極,強化傳質過程;另在電解槽的陽極或陰極室填充導電粒子作為平板電極外延部分,使反應速率加快。該復合粒子群電解反應器用于高濃有機廢水處理時可顯著提高COD和色度的脫除率?;钚蕴吭谄渲械淖饔檬鞘褂袡C物在其表面富集并被集中降解,外加電場可使活性炭的吸附過程更易進行(活性炭具一定的導電性),氧化降解速率大為加快。在該反應器中活性炭的飽和吸附量并非是必要的性能指標。

      3、回顧與展望

      高濃有機廢水因污染成分復雜,水質水量變化頻繁等特點,是難治理的工業廢水,很難找到具有普遍適用性的治理工藝方法。各種活性炭吸附劑因其特殊的應用性能,在該類廢水治理中得到較廣泛的應用。

      在廢水的一級物化處理工序,活性炭主要用于一些難生化降解或對微生物有毒害的有機污染物的吸附或協助絮凝等物化分離過程。在二級生化降解處理工序,活性炭多用作各種新型高負荷生化反應器的生物膜載體填料,以富集有機物,提高生化降解反應的速率和最終轉化率。究其根本,仍是利用活性炭的物化分離特性。在廢水的三級深度處理工序,活性炭多用來吸附水中的殘留有毒有害物,使出水水質達到生產回用指標要求。

      基于電化學反應原理的各種電解反應器是專用于一些特殊高濃有機廢水治理的生化預處理裝置,活性炭因其高固定碳含量,一定的導電率及巨大的比表面積和吸附能力,在此類反應器中應用潛力很大,需加強研究開發。

      參 考 文 獻

      【1】藍梅等。PACT工藝研究進展及應用中應注意的問題。工業水處理。2000,20(1)
      【2】邵青。高效脫色絮凝劑脫色絮凝機理淺探及應用。工業水處理。2000,20(2)
      【3】楊厚玲等。復合混凝吸附法處理堿性品紅廢水的研究。工業水處理。1998,18(4)
      【4】魏文圃等?;钚蕴吭谟∪緩U水脫色中的應用。工業水處理。1996,16(2)
      【5】郭玉華等。含油乳化廢水處理技術研究。工業水處理。2000,20(5)
      【6】郝存江等。沉淀-吸附處理雙氯滅痛高濃有機廢水的工藝研究。環境污染與防治。2000,22(3)
      【7】何昕等。降解農藥有機廢水連續反應動力學。水處理技術。1999,25
      【8】吳振強等。甘蔗糖蜜酒精廢液色素特性及脫除的研究。環境污染與防治。1997,19(1)
      【9】陳良。用靜態萃取法處理工業含酚廢水。工業水處理。1996,16(3)
      【10】路光杰等?;钚蕴坷w維處理有機化工廢水的研究。工業水處理。1996,16(5)
      【11】樊真等。BPP生產中含酚廢水的處理。工業水處理。1998,18(4)
      【12】張林生等。汽車電泳磷化廢水兩級混凝處理。中國給水排水。1998,14(6)
      【13】陳漢榕等。固定化有效菌群處理纖維板廢水研究。中國給水排水。2000,16(9)
      【14】張建民等。造紙黑液厭氧處理過程中顆粒污泥馴化條件的探索。工業水處理。2000,20(10)
      【15】張毅。苧麻污水處理工藝設計。工業水處理。1998,18(5)
      【16】尤作亮等。橡膠工業廢水深度處理的試驗研究。中國給水排水。1998,14(1)
      【17】寧天祿等。應用水解-好氧生物法處理中藥廠廢水。工業水處理。1998,18(6)
      【18】陳雷等。稠油廢水深度處理的試驗研究。中國給水排水。1998,14(5)
      【19】龐金釗等。生物膜法去除石化廢水氨氮實驗。中國給水排水。1998,14(5)
      【20】潘濤等。染色廢水處理工程及工藝分析。中國給水排水。1999,15(3)
      【21】易封萍。臭氧-混凝法處理造紙廢水。工業水處理。2001,21(1)
      【22】肖利平等。微電解-厭氧水解酸化-SBR串聯工藝處理制藥廢水試驗研究。工業水處理。2000,20(11)
      【23】李海燕等。高濃度有機酸性工業廢水處理站設計。工業水處理。2000,20(8)
      【24】武曉莉等。印染廢水和煙氣脫硫聯合治理的試驗研究。工業水處理。2000,20(7)
      【25】王國力等。水楊醛生產廢水資源化處理技術。工業水處理。1996,16(3)
      【26】陶龍驤等。電催化和粒子群電極用于處理有機工業污水。工業水處理。2000,20(9)

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