污水再生回用深度处理生物活性炭技术

发布日期：2024-03-18 作者：点击：

1、生物活性炭（BAC）处理原理分析

所谓生物活性炭技术，就是凭借活性炭具有的2种特殊结构特点：空隙发达以及表面积较大，这样可吸附水中的溶解氧以及有机物，另外，生物活性炭还可充当载体，给微生物提供生长和繁殖的场所，活性炭营养条件以及温度条件都会较为适中，发挥出活性炭的微生物降解以及物力吸附功能。这也就是生物活性炭法水处理技术。

利用生物活性炭处理水的过程中，会涉及到4个因素在水中的相互作用，分别为活性炭颗粒、溶解氧、微生物以及污染物。生物活性炭实质为单纯活性炭吸附作用，其功能好坏不仅和活性炭的表面积、表面化学性质以及空隙结构有关，还和污染物的分子结构、溶解度、分子极性以及分子量有着紧密的关系。就目前来看，国内用于水处理的活性炭，通常微孔较为发达，占比表面积分配的95%以上，而中孔占比却＜5%。如果用于废水处理，那么需要的活性炭的比孔容积应＞0.2cm3/g。

2、生物活性炭工艺的特点

（1）生物活性炭更适用于低浓度有机废水的处理。

众所周知，微生物在降解有机物时，存在一个最小基质浓度，如果水中的有机物浓度＜这个最小基质浓度，就会影响微生物的降解作用。因为BAC可更好地吸附水中的有机物，这样碳表面就会对有机物进行富集，微生物的降解速率就会进一步提升。

（2）生物活性炭处理方法不仅可提高通水倍数，更能提高活性炭的吸附容量，进一步延长了活性炭的使用寿命，同时降低了活性炭的再生成本。

（3）BAC处理方法去除污染物的效率更高，运行更加稳定，对于微生物或活性炭单独作用时不能去除的污染物，该方法都能有效去除。因为活性炭可吸附溶解氧，另外，其表面具有明显的催化效果，利于有机生物的降解作用。活性炭吸附水中的有毒类物质，显著提高了处理工艺的耐冲击能力。

（4）BAC处理方法在处理过程中，占地面积不大，工艺设备相对简单，能实现自动控制过程，管理过程更为方便。

3、案例介绍

某机械加工企业排放污水中锰离子和铁离子等颗粒物的含量比较高，对污水进常规化处理后，虽然出水水质达到了国家规定的污水排放要求，但如果用于回用水，水中的锰离子含量和铁离子含量依然比较高，水质浑浊。需对企业排放的工业废水进行进一步的深度处理。

4、污水深度处理试验

4.1 试验装置及工艺流程

文章涉及到的试验装置主体为滤柱，其实质为生物活性炭滤柱，图1为其具体工艺流程图。滤柱通常为有机玻璃材质。柱底部采用砾石作为承托层，填料通常为柱状活性炭。

4.2 运行参数

滤柱的工作方式为自然挂膜，废水水温具体为25~30℃。在培养生物膜的过程中，如果过滤的速度过快就会冲刷相对不成熟的生物膜，影响碳粒表面生物膜的形成，所以在挂膜的过程中，通常控制滤柱的过滤速度约为1.2m/h，空床停留当的时间具体为60min。待生物膜培养稳定后，运行时选择下向流运行方式，进水箱会设置计量泵，用于加压原水，将其压至滤柱顶部。滤柱在整个试验期内有两种工况形式：①控制滤柱过滤速度为1.6m/h，设置45min的空床停留时间；②控制滤柱的过滤速度为2.4m/h，设置30min的空床停留时间。

该方法运行的过程中，碳粒表面如果存在老化的生物膜，或滤层中集聚了一定的颗粒性物质，就会对水质和产水量产生影响，为了能进一步保障滤柱的正常运行，需要进行合理的反冲洗操作。该方法运行的过程中，必须凭借滤柱反冲洗的周期判断出水水质以及水头损失，滤柱的冲洗方式为单独水冲，周期具体为4~5d，具体时长为6~8min。

4.3 分析项目和方法

文章涉及试验水中存在的污染物质主要有：浊度、磷、铁、COD、锰、氨氮。浊度的测定需要凭借分光光度法，磷的测定凭借钼酸铵分光光度法，铁的测定凭借邻菲啰啉分光光度法，COD的测定凭借重铬酸钾法，锰的测定凭借高碘酸钾氧化-分光光度法。

5、结果与讨论

5.1 挂膜期运行效果分析

设判断生物活性炭生物膜是否已成熟的标准就是其有机物的氨氮去除率和有机物去除率。该试验进行时处于夏季，夏季的高温对生物膜的成熟更有利。在挂膜开始前10d，因为活性炭具有较好的吸附作用，滤柱可更好地去除氨氮以及COD；到了挂膜后期，因为活性炭已吸附了大量的污染物质，活性炭对氨氮以及COD的吸附左右有所下降，随着碳粒生物膜日渐成熟，生物对污染物的降解作用反而加强。到21d时，滤柱对氨氮以及COD和氨氮的去除速率更为稳定，证明挂膜成功。

5.2 对铁和锰的去除效果

如果处于工况1的运行情况下，进水铁浓度为0.599mg/L；出水铁浓度范围处于0~0.17mg/L之间，出水铁的平均浓度为0.13mg/L，经计算发现，铁的去除效率已达到78%，出水铁的浓度不会受到进水水质的明显影响，经过处理后能达到回用水质的相关参数要求。如果处于工况2的运行情况下，进水铁平均浓度为0.67mg/L；出水铁的浓度范围具体为0.10~0.37mg/L，出水铁的平均质量浓度具体为0.22mg/L，去除效率达到66%，通过和有关参数对比发现，出水铁的浓度超标。出水铁招标的情况受进水铁浓度和停留时间有紧密的关系，如果进水铁浓度＞1mg/L，就会严重影响出水铁的浓度，完成处理后的水也不能达到回用的标准。

如果处于工况1的运行情况下，进水锰的浓度范围为0.08~0.79mg/L，锰的平均质量浓度为0.42mg/L；出水锰的质量浓度范围处于0~0.07mg/L之间，平均锰浓度为0.05mg/L，去除效率达到86%。如果处于工况2的运行情况下，进水锰的浓度范围处于0.20~2.01mg/L，平均锰浓度具体为0.97mg/L；出水锰质量浓度范围为0.06~0.2mg/L，锰平均质量浓度为0.24mg/L，去除效率为74%。如果处于工况2的运行情况下，出水锰就会出现较为严重的超标，不能达到污水回用的相关参数要求，这和停留时间以及锰浓度的变化有着较为紧密的联系。

5.3 对浊度的去除效果

如图2所示为生物活性炭过滤去除废水的蚀度，进水具有幅度较为的浊度变化。如果处于工况1的运行情况下，进水浊度具体约为17.1NTU，经过相关处理，出水浊度已达到1.7NTU，去除的效率已达到90%。如果处于工况1的运行情况下，进水浊度具体为17.3NTU，经过相关处理，出水浊度已达到3.9NTU，去除效率达到78%，因为停留时间不长，滤层中水流出时容易带出小颗粒，造成出水浊度升高，稳定后，也不能达到回水水质的相关要求。