生物活性炭深度處理化工類廢水的實(shí)驗(yàn)研究

李 鋒

(運(yùn)城市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，山西 運(yùn)城 044000)

生物活性炭深度處理化工類廢水的實(shí)驗(yàn)研究

李 鋒

(運(yùn)城市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，山西 運(yùn)城 044000)

作為一種新的污水處理工藝，生物活性炭技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可靠等優(yōu)點(diǎn)，在污水深度處理中有著良好的應(yīng)用前景。以某污水處理廠處理過(guò)的化工廢水為研究對(duì)象，采用生物活性炭工藝對(duì)其進(jìn)行深度處理，以獲得化工類廢水深度處理的新途徑。結(jié)果表明，化工類廢水經(jīng)過(guò)生物活性炭技術(shù)深度處理后，COD的去除率可達(dá)40%左右，氨氮的去除率可達(dá)60%左右，工藝出水可達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

生物活性炭；深度處理；化工類廢水；吸附作用；生化降解

水是生命之基礎(chǔ)，是世界上最可貴的自然資源。國(guó)內(nèi)外大量研究指出，水是人類和一切生物賴以生存及繁衍生息的必要條件，不可被其他任何東西所替代。然而，隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷進(jìn)步及人類的快速發(fā)展，大量的水資源被污染，致使多國(guó)和地區(qū)能為人所利用的水資源越來(lái)越少，相繼出現(xiàn)了“水資源危機(jī)”。化工廢水的大量排放，更是嚴(yán)重影響了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，危害了人類健康。一般而言，化工廢水具有水質(zhì)成分復(fù)雜、廢水中污染物含量高、有毒有害物質(zhì)多、生物難降解物質(zhì)多、廢水色度高、有毒和刺激性大、恢復(fù)比較困難等特點(diǎn)。基于化工廢水的危害性及其典型特點(diǎn)，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者對(duì)其的處理及回收利用作了廣泛的研究，主要包括物理處理法、化學(xué)處理法、物理化學(xué)法和生物處理法4大類。例如，韋朝海(2012)對(duì)煤化工中焦化廢水的污染、控制原理與技術(shù)應(yīng)用作了具體研究。研究認(rèn)為，焦化廢水的處理應(yīng)系統(tǒng)考慮廢水的成分特征，根據(jù)不同污染物的性質(zhì)提出相適應(yīng)的去除原理[1]。王香蓮等(2014)綜述了煤化工廢水的處理現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題。指出，針對(duì)性預(yù)處理在煤化工廢水治理方面至關(guān)重要[2]。

20世紀(jì)70年代末，去除水中有機(jī)污染物的一種新工藝——生物活性炭技術(shù)的研究與出現(xiàn)為印染、煤及石油化工等化工廢水的預(yù)處理及深度處理提供了新的思路。生物活性炭技術(shù)(BAC)的實(shí)質(zhì)是，基于活性炭發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，在活性炭上固定微生物，利用微生物對(duì)污染物的生化降解作用，延長(zhǎng)活性炭的使用壽命，提高對(duì)廢水中有機(jī)污染物的去除效率。王小蓉等(2010)對(duì)生物活性炭技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用作了研究，指出了生物活性炭技術(shù)的現(xiàn)存問(wèn)題，并提出了改進(jìn)措施[3]。賴波等(2012)研究表明，生物活性炭系統(tǒng)比空白活性炭處理系統(tǒng)對(duì)污水有更好的處理效果，生物活性炭系統(tǒng)中存在的生物再生作用，使其長(zhǎng)期保持高效的吸附能力[4]。

基于以上研究，本實(shí)驗(yàn)擬采用生物活性炭法對(duì)某污水處理廠的化工廢水進(jìn)行深度處理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)用水

本次實(shí)驗(yàn)用水來(lái)自山西某污水處理廠處理過(guò)的化工廢水，此污水處理廠采用A2/O活性污泥法，其處理后的水質(zhì)指標(biāo)詳見第142頁(yè)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)廢水主要水質(zhì)指標(biāo)

1.2 檢測(cè)指標(biāo)及分析方法

本實(shí)驗(yàn)主要檢測(cè)指標(biāo)有COD、氨氮質(zhì)量濃度、實(shí)驗(yàn)水溫和pH值，其分析方法分別為重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)方法、納氏試劑分光光度計(jì)法、溫度計(jì)測(cè)試法和pHS-25型酸度計(jì)法。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置及設(shè)備

本次實(shí)驗(yàn)采用有機(jī)玻璃生物活性炭反應(yīng)器，高度100 cm、內(nèi)徑6 cm，反應(yīng)器內(nèi)部填充60 cm厚活性炭。用泵將進(jìn)水引入有機(jī)玻璃反應(yīng)器中，進(jìn)水經(jīng)炭層作用，從出口出水，即采用上流向運(yùn)行方式。實(shí)驗(yàn)采用了活性炭、生物掛膜及生物活性炭3種處理措施，以作對(duì)比。實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1所示。

圖1 生物活性炭裝置示意圖

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

通過(guò)測(cè)定進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)狀況，研究生物活性炭技術(shù)深度處理化工類廢水的運(yùn)行效果，并將其運(yùn)行效果與傳統(tǒng)的活性炭物理吸附法及生物膜法進(jìn)行比較。

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)、出水COD變化及去除率

對(duì)本實(shí)驗(yàn)設(shè)備安裝和調(diào)試完成后，反應(yīng)器對(duì)化工類廢水進(jìn)行連續(xù)15 d的曝氣掛膜。運(yùn)行期間，水溫保持18 ℃～25 ℃，水量保持在70 L/h，停留時(shí)間為10 min。每天上午10:00左右取樣分析，期間的COD值變化如圖2所示。

如圖2所示，進(jìn)水經(jīng)過(guò)生物活性炭裝置處理后，COD值有明顯降低的趨勢(shì)。具體來(lái)看，工藝運(yùn)行第1 d，COD有較一定的去除率，而在第2 d～第3 d，COD去除率相對(duì)較低；隨著時(shí)間的推移，COD去除率又有明顯升高的趨勢(shì)。分析認(rèn)為，運(yùn)行開始階段，活性炭因其巨大的比表面積和吸附性，將廢水中有機(jī)物質(zhì)和活性污泥吸附于表面和內(nèi)部孔隙，較多地去除了廢水中的COD，而在此階段微生物還未發(fā)揮其應(yīng)有的作用。然而，第2 d～第3 d，活性炭的吸附趨于飽和，而微生物數(shù)量又較少，活性亦不強(qiáng)，致使水中COD的去除率較低，基本達(dá)不到去除COD的效果。之后，隨著時(shí)間的推移，工藝系統(tǒng)中微生物因適應(yīng)了新的環(huán)境，也具備了充足的生長(zhǎng)條件而大量繁殖，活性增強(qiáng)，對(duì)廢水中COD有了較好的去除效果，可達(dá)到40%左右。亦即，運(yùn)行開始起主要作用的是活性炭的吸附作用，然后是微生物的降解作用。

圖2 運(yùn)行期間進(jìn)、出水COD值變化

2.2 進(jìn)、出水氨氮變化及去除率

同樣條件下對(duì)此工藝系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行，每天上午10:00左右取樣分析，期間的氨氮質(zhì)量濃度變化如圖3所示。

圖3 運(yùn)行期間進(jìn)、出水氨氮質(zhì)量濃度變化

如圖3所示，進(jìn)水經(jīng)過(guò)生物活性炭裝置處理后，氨氮的質(zhì)量濃度也有明顯降低的趨勢(shì)。具體為，開始的前6 d內(nèi)，氨氮的去除效果并不明顯；第7 d開始，生物活性炭裝置對(duì)氨氮有較好的去除效果。分析認(rèn)為，硝化細(xì)菌向活性炭表面輸送和可逆附著需要一段過(guò)程，硝化菌對(duì)外部環(huán)境的適應(yīng)也需要一定的時(shí)間，只有確定的硝化菌性質(zhì)和環(huán)境條件，才可使生物活性炭系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。即，一般以氨氮去除效果的相對(duì)穩(wěn)定作為判斷生物活性炭系統(tǒng)正常運(yùn)行的依據(jù)。正常運(yùn)行條件下，氨氮的去除率較高，可達(dá)到60%左右。因此，生物活性炭系統(tǒng)從開始運(yùn)行到處于正常運(yùn)行狀態(tài)可能需要1周左右的時(shí)間。

3 生物活性炭技術(shù)與傳統(tǒng)工藝效果比較

在實(shí)驗(yàn)水溫18 ℃～35 ℃、pH=7.34～7.58的條件下，分別考察生物活性炭與傳統(tǒng)活性炭及生物膜法對(duì)化工類廢水深度處理的效果，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同處理方法的處理效果對(duì)比

由圖4可知，傳統(tǒng)活性炭、生物膜法及生物活性炭技術(shù)對(duì)此廢水的COD去除率分別為22%、25%和40%左右，氨氮去除率分別為39%、43%和60%左右，生物活性炭技術(shù)對(duì)化工類廢水的深度處理明顯優(yōu)于傳統(tǒng)活性炭法及純生物膜法。因?yàn)樯锘钚蕴考夹g(shù)結(jié)合了活性炭物理吸附法與生物降解法的雙重優(yōu)勢(shì)，其處理水的過(guò)程涉及活性炭顆粒、微生物、水中污染物及溶解氧4個(gè)因素在水溶液中的相互作用[5-6]，可以保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定排放。

4 結(jié)論與展望

現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，造成化工類廢水的大量排放，已經(jīng)嚴(yán)重威脅了人類的生活安全。生物活性炭技術(shù)在國(guó)內(nèi)外水處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并取得了較好的成果。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)可知，生物活性炭工藝對(duì)化工類廢水的深度處理有較理想的處理效果，

其結(jié)合了傳統(tǒng)活性炭法及純生物膜法處理廢水的雙重優(yōu)勢(shì)，對(duì)山西某污水處理站處理廢水的COD去除率可達(dá)40%左右，氨氮的去除率可達(dá)60%左右，深度處理結(jié)果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)活性炭法及純生物膜法，非常值得推廣。

由于時(shí)間和條件的限制，本實(shí)驗(yàn)尚未進(jìn)行不同溫度、不同pH值及不同流向運(yùn)行方式等條件下生物活性炭處理化工類廢水進(jìn)行研究，下一步應(yīng)加強(qiáng)此方面的研究，并對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的對(duì)比分析，為污水站化工類廢水的深度處理作參考和借鑒，以提高污水廢水的處理水平。

[1] 韋朝海.煤化工中焦化廢水的污染、控制原理與技術(shù)應(yīng)用[J].環(huán)境化學(xué)，2012,31(10):1465-1472.

[2] 王香蓮，湛含輝，劉浩.煤化工廢水處理現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].現(xiàn)代化工，2014,34(3):1-4.

[3] 王小蓉，郝廣平，李文翠.生物活性炭技術(shù)在水處理中的研究與應(yīng)用[J].化工進(jìn)展，2010,29(5):932-937.

[4] 賴波，周岳溪，楊平.生物活性炭法處理ABS樹脂生產(chǎn)廢水[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2012,32(2):254-259.

[5] 武福平，齊海英，丁俊宏，等.活性炭石英砂生物過(guò)濾處理微污染窖水的掛膜試驗(yàn)研究[J].水處理技術(shù)，2011,37(7):70-72.

[6] 蘭淑澄.生物活性炭技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用[J].給水排水，2002,28(12):1-5.

Experimental study on advanced treatment of chemical wastewater by biological activated carbon

LI Feng

(Yuncheng Environmental Protection Monitoring Station, Yuncheng Shanxi 044000, China)

As a new sewage treatment technology, biological activated carbon technology has the advantages of simple operation, economic reliability, and it has a good application prospect in wastewater treatment. In this experiment, taking chemical wastewater treated in sewage treatment plant as the research object, using biological activated carbon process to conduct advanced treatment, a new way of chemical wastewater treatment is obtained. The results show that after the advanced treatment of chemical wastewater by biological activated carbon technology, the COD removal rate can reach about 40%,and ammonia nitrogen removal rate is about 60%. And the effluent can reach environmental quality standard of surface water.

biological activated carbon; advanced treatment; chemical wastewater; adsorption; biochemical degradation

2016-12-29

李 鋒，男，1969年出生，1990年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院，高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等方面研究工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.48

X703

A

1004-7050(2017)02-0141-03

環(huán)境保護(hù)