活性炭吸附法處理黏膠生化廢水的研究

趙敬民，范寶恒

活性炭吸附法處理黏膠生化廢水的研究

趙敬民1，范寶恒2

（1. 唐山三友集團(tuán)有限公司，河北 唐山 063305；2. 唐山三友遠(yuǎn)達(dá)纖維有限公司，河北 唐山 063305）

黏膠廢水經(jīng)生化處理后COD仍不能滿足后續(xù)膜法處理的要求，為此選取煤質(zhì)炭和再生椰殼炭進(jìn)行吸附處理。結(jié)果表明，再生顆粒椰殼活性炭可將經(jīng)混凝或砂濾后的黏膠生化廢水（pH值為6.8～7.5，水溫為27 ℃～33 ℃，COD＜270 mg?L-1）COD降低至50 mg?L-1以下，可以滿足后續(xù)膜法處理制中水的要求。

活性炭吸附；COD去除；黏膠廢水

目前國(guó)內(nèi)去除COD主要有混凝沉淀、砂濾等物理方法，臭氧、芬頓、電解等高級(jí)氧化法，以及活性污泥等生物處理方法?；炷恋?、砂濾等物理方法對(duì)難降解大鏈有機(jī)物去除效果不理想，高級(jí)氧化法運(yùn)行成本偏高，芬頓、電解等工藝會(huì)產(chǎn)生污泥，從而造成二次污染，導(dǎo)致處置成本增加[1-5]。本文研究的黏膠行業(yè)廢水經(jīng)過(guò)物理沉降與好氧生物相結(jié)合的工藝處理，廢水中大部分有機(jī)物已被降解，好氧生物處理后COD可降至100～ 380 mg?L-1，考慮后續(xù)通過(guò)膜法工藝進(jìn)行中水回用，COD仍偏高。活性炭吸附法適用于各種難生化降解工業(yè)廢水的COD去除，無(wú)需投加任何藥物，整個(gè)過(guò)程不產(chǎn)生污泥等二次污染物。本文對(duì)活性炭吸附法[6]去除化纖深度生化處理廢水COD做進(jìn)一步研究。

活性炭主要對(duì)相對(duì)分子質(zhì)量小于3 000，尤其是500～ 1 000的有機(jī)物吸附作用較強(qiáng)，一般情況下，活性炭顆粒越小，過(guò)濾面積越大，吸附效果越好，并且在使用中活性炭對(duì)水量、水質(zhì)、水溫變化適應(yīng)性較強(qiáng)[7]。

本文選用了兩種活性炭，即煤質(zhì)活性炭與椰殼活性炭。煤質(zhì)活性炭采用的原材料為優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤，經(jīng)炭化→冷卻→活化→洗刷等一系列工序研制而成。椰殼活性炭采用的原材料為優(yōu)質(zhì)椰子，具有孔隙發(fā)達(dá)、吸附功能好、強(qiáng)度高、易新生、經(jīng)濟(jì)耐用等優(yōu)勢(shì)。目前活性炭再生工藝較為成熟[8]，可極大減少消耗，降低整體運(yùn)行成本。

1 試驗(yàn)過(guò)程

1.1 活性炭吸附試驗(yàn)流程

活性炭柱底部裝填礫石和活性炭，用清水反沖洗清除粉炭后放空活性炭柱內(nèi)存水。通過(guò)進(jìn)水泵將廢水提升至活性炭柱，在重力的作用下廢水經(jīng)過(guò)活性炭層進(jìn)行吸附處理，可通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥門(mén)調(diào)整進(jìn)水流量，出水進(jìn)入清水箱作為活性炭柱反洗水。反洗通過(guò)反沖洗水泵大流量由下而上沖洗，反洗排水就近排入污水井。

圖1 活性炭吸附試驗(yàn)流程

試驗(yàn)過(guò)程中，炭層吸附時(shí)間2～3 h，進(jìn)水流量取10～20 L?h-1條件下進(jìn)行，進(jìn)水為好氧生化出水經(jīng)混凝、砂濾處理后的廢水，pH值6.8～7.5，水溫27 ℃～33 ℃，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)為戶(hù)外非封閉式，惡劣天氣會(huì)對(duì)出水COD造成一定影響。

1.2 活性炭吸附試驗(yàn)裝置圖

表1 設(shè)備及材料表

圖2 活性炭吸附試驗(yàn)裝置圖

1.3 試驗(yàn)用活性炭對(duì)比

試驗(yàn)用煤質(zhì)炭為市面普通破碎不規(guī)則活性炭，再生椰殼炭為其他工序淘汰椰殼活性炭二次利用，兩種活性炭在活性炭柱內(nèi)裝填高度一致，其它裝填參數(shù)如表2所示。

煤質(zhì)炭的粒徑1.0～8.0 mm，磨損強(qiáng)度>92%，參考碘值600，表面有一些不均勻小孔，二次孔壁有很多更小不均勻小孔；再生椰殼炭的粒徑1.0～3.0 mm，磨損強(qiáng)度>97%，參考碘值1 000，表面有很多比較均勻小孔，在缺陷與表面交接的位置孔結(jié)構(gòu)更為豐富。

表2 試驗(yàn)用顆粒碳裝填參數(shù)

圖3 試驗(yàn)用顆粒碳外觀對(duì)比

2 結(jié)果與討論

試驗(yàn)分別從長(zhǎng)時(shí)間靜置吸附、短時(shí)間連續(xù)吸附、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)吸附三方面進(jìn)行研究，對(duì)比兩種試驗(yàn)用顆?；钚蕴刻幚鞢OD的能力差別。正常工業(yè)化應(yīng)用中活性炭柱每天需反洗一次，借助水流的剪切力和顆粒的碰撞摩擦力清洗炭層使污染物脫離并隨反洗水排出，從而保證活性炭吸附的效果，因試驗(yàn)進(jìn)水流量偏低，炭層停留時(shí)間已超過(guò)工業(yè)化應(yīng)用炭層停留時(shí)間，試驗(yàn)過(guò)程中運(yùn)行時(shí)間超過(guò)24 h時(shí)未安排反洗，單一試驗(yàn)結(jié)束進(jìn)行反洗操作。

2.1 長(zhǎng)時(shí)間靜置吸附試驗(yàn)對(duì)比

活性炭柱內(nèi)裝填試驗(yàn)用炭后用水沖洗炭沫后放空活性炭柱，靜置18 h后20 L?h-1流量進(jìn)水約3 h，試驗(yàn)設(shè)備出水約0.5 h后停止進(jìn)水，保持靜置，一定時(shí)間后檢測(cè)出水COD，結(jié)果如表3所示。

表3 長(zhǎng)時(shí)間靜置吸附COD去除情況對(duì)比

由表3可知，煤質(zhì)炭及再生椰殼炭吸附去除COD有其極限值，再生椰殼炭吸附處理后出水COD下限值明顯優(yōu)于煤質(zhì)炭，且再生椰殼炭吸附去除效果較穩(wěn)定。煤質(zhì)炭長(zhǎng)時(shí)間靜置吸附試驗(yàn)最高COD去除率75%，平均COD去除率71%，再生椰殼炭長(zhǎng)時(shí)間靜置吸附試驗(yàn)最高COD去除率80%，平均COD去除率79.5%。在保證吸附時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)煤質(zhì)炭吸附處理COD最低降低至88 mg?L-1左右，再生椰殼炭吸附處理COD最低降低至75 mg?L-1左右。作為膜法處理工藝的進(jìn)水，這兩種水質(zhì)仍不理想。

2.2 6 h連續(xù)吸附對(duì)比試驗(yàn)

活性炭柱內(nèi)試驗(yàn)用炭用清水沖洗炭沫后放空活性炭柱，靜置18 h后保持一定流量進(jìn)水，設(shè)備出水1 h、2 h、3 h、4 h、6 h分別取樣檢測(cè)COD，改變進(jìn)水流量，COD變化情況如表4所示。

由表4可知，隨吸附時(shí)間延長(zhǎng)出水COD逐漸升高，過(guò)水流量降低時(shí)出水COD上升趨勢(shì)放緩明顯，同等過(guò)水流量時(shí)再生椰殼炭吸附處理去除COD效果好于煤質(zhì)炭。20 L?h-1過(guò)水流量時(shí)煤質(zhì)炭COD去除率最高至63.4%，再生椰殼炭COD去除率最高至67.8%。10 L?h-1過(guò)水流量時(shí)煤質(zhì)炭COD去除率最高至71%，再生椰殼炭COD去除率最高至71.6%。20 L?h-1過(guò)水流量試驗(yàn)時(shí)出水已基本穩(wěn)定，10 L?h-1過(guò)水流量試驗(yàn)時(shí)出水COD一直呈上升趨勢(shì)，不能代表其有效去除能力。連續(xù)進(jìn)水試驗(yàn)中兩種顆?；钚蕴緾OD去除率均達(dá)不到長(zhǎng)時(shí)間靜置吸附處理水平，作為膜法處理工藝的進(jìn)水，這兩種處理水水質(zhì)亦不理想。

表4 6 h連續(xù)吸附試驗(yàn)COD去除情況對(duì)比

2.3 47 h連續(xù)吸附對(duì)比試驗(yàn)

2.3.1 一級(jí)處理效果對(duì)比

活性炭柱內(nèi)試驗(yàn)用炭用水沖洗炭沫后放空活性炭柱，靜置18 h后保持15 L?h-1流量持續(xù)進(jìn)水47 h，設(shè)備出水間斷取樣檢測(cè)COD，結(jié)果如表5所示。

由表5可知，兩種顆?；钚蕴课教幚碓诔鏊?5 h左右趨于穩(wěn)定，進(jìn)水COD降低最終COD去除率也相應(yīng)降低，再生椰殼炭處理COD去除效果仍?xún)?yōu)于煤質(zhì)炭處理效果。同等進(jìn)水流量時(shí)進(jìn)水COD在380 mg?L-1左右時(shí)，煤質(zhì)炭吸附處理COD降低至93 mg?L-1左右，COD去除率約75.9%，再生椰殼炭處理COD降低至83 mg?L-1左右，COD去除率約78.3%。進(jìn)水COD在270 mg?L-1左右時(shí)，煤質(zhì)炭吸附處理COD降低至82 mg?L-1左右，COD去除率約69.6%；再生椰殼炭處理COD降低至47 mg?L-1左右，COD去除率約83%。

表5 47 h連續(xù)吸附試驗(yàn)COD去除情況對(duì)比

3.3.2 二級(jí)處理效果對(duì)比

將一級(jí)處理的出水收集至潔凈干燥的桶內(nèi)作為第二級(jí)進(jìn)水，二級(jí)操作過(guò)程如一級(jí)操作，第二級(jí)出水COD如表6所示。

表6 顆?；钚蕴看?lián)吸附處理COD變化情況

由表6可知，兩種顆?；钚蕴课教幚磉M(jìn)水來(lái)自一級(jí)出水，COD較低，再生椰殼炭處理COD去除效果仍?xún)?yōu)于煤質(zhì)炭。煤質(zhì)炭吸附出水COD降低至69.2 mg?L-1左右，COD去除率約15.8%；再生椰殼炭處理COD降低至29.8 mg?L-1左右，COD去除率約34.5%。

3 結(jié)論

試驗(yàn)用煤質(zhì)炭與再生椰殼炭作對(duì)比，煤質(zhì)炭表面有一些不均勻小孔，二次孔壁有很多更小不均勻小孔；再生椰殼炭微孔均勻、過(guò)濾面積大、污水停留時(shí)間短，再生椰殼炭處理污水出水COD較低。以COD＜50 mg?L-1為標(biāo)準(zhǔn)判斷廢水是否滿足進(jìn)入膜法系統(tǒng)要求，在活性炭吸附系統(tǒng)進(jìn)水pH值6.8～7.5，水溫27 ℃～33 ℃，COD＜270 mg?L-1時(shí)，再生椰殼炭吸附處理在保證足夠吸附時(shí)間時(shí)能夠滿足后續(xù)膜處理要求。好氧生化系統(tǒng)負(fù)荷正常時(shí)COD可降低至270 mg?L-1以下，在此基礎(chǔ)上采用活性炭吸附工藝可作為一種處理化纖深度生化廢水COD的可行技術(shù)思路。

[1] 沈耀良,孫立柱,王德興,等.混凝沉淀工藝深度處理污水廠二級(jí)出水的混凝劑優(yōu)化[J].中國(guó)給水排水,2007,23(23): 56-58.

[2] 宋衛(wèi)鋒,倪亞明,何德文.電解法水處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].化工環(huán)保,2001,21(1):11-15.

[3] 鄧小暉,張海濤,曹?chē)?guó)民,等.芬頓試劑處理廢水的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].上?；?2007,32(8):1-5.

[4] 劉春芳.臭氧高級(jí)氧化技術(shù)在廢水處理中的研究進(jìn)展[J].石化技術(shù)與應(yīng)用,2002,20(4):270-280.

[5] 徐麗生,儀明峰.活性污泥法處理污水綜述[J].今日科苑, 2013(23):116-117.

[6] 季艷輝,劉亮.簡(jiǎn)述降低廢水COD方法[J].銅業(yè)工程, 2014(4):80-83.

[7] 李冬,韓敏.活性炭吸附在廢水處理中的應(yīng)用[J].洛陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,18(1):33-36.

[8] 蘭淑澄.活性炭在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用第四講活性炭再生方法及再生裝置(二)[J].環(huán)境保護(hù),1977(4):44-48.

Treating Biochemical Viscose Wastewater by Activated Carbon Adsorption

ZHAO Jing-min1, FAN Bao-heng2

(1.Tangshan Sanyou Group Co. Ltd., Tangshan 063305, China; 2. Tangshan Sanyou Yuanda Fibre Co.,Ltd., Tangshan 063305, China)

After biochemical treatment, the COD of viscose wastewater still can not meet the COD requirements of subsequent membrane treatment. Therefore, coal carbon and regenerated coconut shell carbon were selected for adsorption treatment. The results showed that regenerated coconut shell activated carbon can reduce COD of viscose wastewater after coagulation or sand filtration (pH 6.0～7.5, temperature 27～33℃, COD＜270 mg?L-1) to less than 50 mg?L-1, which could meet the COD requirement of subsequent membrane treatment.

activated carbon adsorption; COD removal; viscose wastewater

TQ340.9

A

1009-9115(2021)06-0025-04

10.3969/j.issn.1009-9115.2021.06.007

2021-10-09

2021-10-29

趙敬民（1970-），男，河北唐山人，化學(xué)工程師，研究方向?yàn)榛どa(chǎn)工程技術(shù)。

（責(zé)任編輯、校對(duì)：琚行松）