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活性炭在高浓有机废水处理中的应用

2019-11-04 浦士达环保


       高浓有机废水的共同特点是成分复杂多变,色度高,BOD/COD一般均<0.15,可生化性差,治理难度大,属重污染废水,文献中经常提及的高浓有机废水有:造纸废液(黑液、中段水及白水),印染废水、煤化工工业废水(焦化废水、煤气洗涤废水),含油废水(采油废水、金属加工废水、炼油废水),制药废水、食品工业废水(味精生产废水、酿酒工业废水、糖精生产废水等),以及日化、橡胶、合成纤维工业废水等。
       高浓有机废水的综合治理是水处理工业最困难、最繁杂,同时也是研究最活跃的领域。目前的技术现状是物化分离、生化降解并重,活性炭在各个技术范畴均有应用报道,在某些方面甚至具有不可替代的重要地位。
       1.活性炭在物化分离技术中的应用
       物化分离技术用于高浓有机废水有以下几种目的:回收有用成分(如从造纸废液中回收纸浆和酸析木素,从采油废水中回收石油烃,从味精生产废水中回收酵母蛋白,从合成纤维生产废水中回收生产原料等);去除废水中大部分固体悬浮物,降低后继生化处理工序有机负荷;去除废水中对生化工序微生物有害的化学物质(如抗生素类、多环芳烃、酚、氰等);去除水中的有害物质,达标排放或回用于生产。
       该技术方法以分离为目的,着重点并非污染物的降解。常见的分离方法有:机械过滤(包括机械格栅、筛网、离心机、压滤机等分离方法,多用于废水的一级处理工序,一般设置于工序最前端);絮凝沉淀或絮凝气浮,中和沉淀(包括酸析和碱析两种方法);吸附过滤(滤料有陶粒或多孔陶板、石英砂、无烟煤、焦炭、合成纤维、核桃壳、粉煤灰、各种类型活性炭等,用于去除胶体状或溶解性有机物,多用于一级和三级处理工序)及利用各种工业废气的气/液相吸收分离技术等。
       活性炭用于高浓有机废水污染物的物化分离,有以下几种用法。
      (1)在一级处理工序用作絮凝/吸附分离剂
       最典型的应用技术是PACT工艺。在石化、印染、焦化工业废水中投加适量粉状活性炭,可去除废水中不可降解COD、色度和臭味,避免曝气池发泡现象;使混凝絮体或生物絮体迅速增长而沉淀;去除废水中重金属离子或其络合物。染料生产废水经高效絮凝、烟道灰吸附,再用粒状活性炭吸附过滤,出水水质可达GB8978-88一级排放标准,回用于生产。利用一级处理工艺达三级处理效果,这是一项很有前途的印染废水治理技术,其中活性炭的作用功不可没。
      (2)活性炭用作二级生化处理工序的微生物载体
       废水的二级处理即生化降解是使废水的COD和BOD分解并被微生物吸收、消化的生物化学反应过程。高浓有机废水的生化处理因水质波动频繁,水量严重不匀等原因,传统活性污泥法极少被选用,可抗高负荷水质、水量冲击的各种形式生物反应器是近几年的研究热点,载体性能是决定该类反应器效能的重要因素。可用作生物载体的材料有各种合成塑料制品、合成树脂材料、废橡胶颗粒、焦粒、活性炭等。活性炭用作生物载体时,它本身只起到载体和吸附富集污染物的作用,故也将这种用法归于物化分离范畴。
      (3)活性炭在废水三级深度处理工序中的应用
       高浓有机废水一般经一级物化和二级生化处理即可达标排放,增设三级深度处理的目的多为使出水符合生产回用水质要求。废水的深度处理回用技术是未来我国水战略的重点。废水的三级深度处理方法有膜过滤、电渗析、离子交换、过滤(砂、陶粒等滤料)、活性炭吸附等,多属物化法,活性炭在其中有两种用法,一为普通吸附剂,另一种为O3/生物炭法(活性炭作生物膜载体)。
       2.活性炭用于高浓有机废水的化学降解反应单元
       为了降低高浓有机废水的生化处理负荷,近年来基于电化学反应原理的各种污水生化预处理反应器应运而生。该类反应器目前有以下几种:一、氧化絮凝复合反应器(OFR),有电极板和催化剂,空气作氧化剂,需耗电能;二、铁碳微电解反应器,空气作氧化剂,不需外供能源,但要求废水PH值应处于合理范围;三、粒子群电极电解反应器,需耗电能,空气作氧化剂。
       电化学法(有时称为电解法)处理高浓有机废水的原理,是利用电化学反应的氧化还原、电附集、催化、混凝、吸附过滤等综合效应达到有机物的降解、絮凝效果。反应器中连续产生的·OH自由基和新生态H可使大分子断链,提高废水的可生化性;另外,由于目前电解反应器中一般均填充经酸活化后的铁屑或其它含铁填料,电化学反应生成的新生态Fe2+离子是活泼混凝剂,也使废水中一部分有机物絮凝沉淀而分离。
       铁碳微电解反应器又称内电解反应器,由于不耗电能,故研究报道较多。该类反应器多由一定粒度的机加工废铁屑经酸煮活化后作主填料,选出用焦炭、石墨、粉煤灰等作床层疏松剂及内电解电池的阴极,当铁屑含碳量较高时,活化后的铁屑可直接用作内电解反应器填料。从理论上讲,活性炭代替焦炭、石墨等作内电解反应器的辅助填充剂和阴极材料效果更佳,但迄今尚未见到此方面的报道。
       3.回顾与展望
       高浓有机废水因污染成分复杂,水质水量变化频繁等特点,是难治理的,很难找到具有普遍适用性的治理工艺方法。各种活性炭吸附剂因其特殊的应用性能,在该类废水治理中得到较广泛的应用。
       在废水的一级物化处理工序,活性炭主要用于一些难生化降解或对微生物有毒害的有机污染物的吸附或协助絮凝等物化分离过程。
在二级生化降解处理工序,活性炭多用作各种新型高负荷生化反应器的生物膜载体填料,以富集有机物,提高生化降解反应的速率和最终转化率。究其根本,仍是利用活性炭的物化分离特性。
       在废水的三级深度处理工序,活性炭多用来吸附水中的残留有毒有害物,使出水水质达到生产回用指标要求。
       基于电化学反应原理的各种电解反应器是专用于一些特殊高浓有机废水治理的生化预处理装置,活性炭因其高固定碳含量,一定的导电率及巨大的比表面积和吸附能力,在此类反应器中应用潜力很大,需加强研究开发。
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