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. 唐山三友集團有限公司，河北 唐山 063305；2. 唐山三友遠達纖維有限公司，河北 唐山 063305）

黏膠廢水經生化處理后COD仍不能滿足后續膜法處理的要求，為此選取煤質炭和再生椰殼炭進行吸附處理。結果表明，再生顆粒椰殼活性炭可將經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

目前國內去除COD主要有混凝沉淀、砂濾等物理方法，臭氧、芬頓、電解等高級氧化法，以及活性污泥等生物處理方法。混凝沉淀、砂濾等物理方法對難降解大鏈有機物去除效果不理想，高級氧化法運行成本偏高，芬頓、電解等工藝會產生污泥，從而造成二次污染，導致處置成本增加[1-5]。本文研究的黏膠行業廢水經過物理沉降與好氧生物相結合的工藝處理，廢水中大部分有機物已被降解，好氧生物處理后COD可降至100～ 380 mg?L-1，考慮后續通過膜法工藝進行中水回用，COD仍偏高。活性炭吸附法適用于各種難生化降解工業廢水的COD去除，無需投加任何藥物，整個過程不產生污泥等二次污染物。本文對活性炭吸附法[6]去除化纖深度生化處理廢水COD做進一步研究。

活性炭主要對相對分子質量小于3 000，尤其是500～ 1 000的有機物吸附作用較強，一般情況下，活性炭顆粒越小，過濾面積越大，吸附效果越好，并且在使用中活性炭對水量、水質、水溫變化適應性較強[7]。

本文選用了兩種活性炭，即煤質活性炭與椰殼活性炭。煤質活性炭采用的原材料為優質無煙煤，經炭化→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質椰子，具有孔隙發達、吸附功能好、強度高、易新生、經濟耐用等優勢。目前活性炭再生工藝較為成熟[8]，可極大減少消耗，降低整體運行成本。

1 試驗過程

1.1 活性炭吸附試驗流程

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存水。通過進水泵將廢水提升至活性炭柱，在重力的作用下廢水經過活性炭層進行吸附處理，可通過流量調節閥門調整進水流量，出水進入清水箱作為活性炭柱反洗水。反洗通過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 活性炭吸附試驗流程

試驗過程中，炭層吸附時間2～3 h，進水流量取10～20 L?h-1條件下進行，進水為好氧生化出水經混凝、砂濾處理后的廢水，pH值6.8～7.5，水溫27 ℃～33 ℃，試驗現場為戶外非封閉式，惡劣天氣會對出水COD造成一定影響。

1.2 活性炭吸附試驗裝置圖

表1 設備及材料表

圖2 活性炭吸附試驗裝置圖

1.3 試驗用活性炭對比

試驗用煤質炭為市面普通破碎不規則活性炭，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裝填高度一致，其它裝填參數如表2所示。

煤質炭的粒徑1.0～8.0 mm，磨損強度>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構更為豐富。

表2 試驗用顆粒碳裝填參數

圖3 試驗用顆粒碳外觀對比

2 結果與討論

試驗分別從長時間靜置吸附、短時間連續吸附、長時間連續吸附三方面進行研究，對比兩種試驗用顆粒活性炭處理COD的能力差別。正常工業化應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，因試驗進水流量偏低，炭層停留時間已超過工業化應用炭層停留時間，試驗過程中運行時間超過24 h時未安排反洗，單一試驗結束進行反洗操作。

2.1 長時間靜置吸附試驗對比

活性炭柱內裝填試驗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流量進水約3 h，試驗設備出水約0.5 h后停止進水，保持靜置，一定時間后檢測出水COD，結果如表3所示。

表3 長時間靜置吸附COD去除情況對比

由表3可知，煤質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下限值明顯優于煤質炭，且再生椰殼炭吸附去除效果較穩定。煤質炭長時間靜置吸附試驗最高COD去除率75%，平均COD去除率71%，再生椰殼炭長時間靜置吸附試驗最高COD去除率80%，平均COD去除率79.5%。在保證吸附時間足夠長時煤質炭吸附處理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水，這兩種水質仍不理想。

2.2 6 h連續吸附對比試驗

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

由表4可知，隨吸附時間延長出水COD逐漸升高，過水流量降低時出水COD上升趨勢放緩明顯，同等過水流量時再生椰殼炭吸附處理去除COD效果好于煤質炭。20 L?h-1過水流量時煤質炭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過水流量時煤質炭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過水流量試驗時出水已基本穩定，10 L?h-1過水流量試驗時出水COD一直呈上升趨勢，不能代表其有效去除能力。連續進水試驗中兩種顆粒活性炭COD去除率均達不到長時間靜置吸附處理水平，作為膜法處理工藝的進水，這兩種處理水水質亦不理想。

表4 6 h連續吸附試驗COD去除情況對比

2.3 47 h連續吸附對比試驗

2.3.1 一級處理效果對比

活性炭柱內試驗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流量持續進水47 h，設備出水間斷取樣檢測COD，結果如表5所示。

由表5可知，兩種顆粒活性炭吸附處理在出水15 h左右趨于穩定，進水COD降低最終COD去除率也相應降低，再生椰殼炭處理COD去除效果仍優于煤質炭處理效果。同等進水流量時進水COD在380 mg?L-1左右時，煤質炭吸附處理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%。進水COD在270 mg?L-1左右時，煤質炭吸附處理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連續吸附試驗COD去除情況對比

3.3.2 二級處理效果對比

將一級處理的出水收集至潔凈干燥的桶內作為第二級進水，二級操作過程如一級操作，第二級出水COD如表6所示。

表6 顆粒活性炭串聯吸附處理COD變化情況

由表6可知，兩種顆粒活性炭吸附處理進水來自一級出水，COD較低，再生椰殼炭處理COD去除效果仍優于煤質炭。煤質炭吸附出水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 結論

試驗用煤質炭與再生椰殼炭作對比，煤質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、過濾面積大、污水停留時間短，再生椰殼炭處理污水出水COD較低。以COD＜50 mg?L-1為標準判斷廢水是否滿足進入膜法系統要求，在活性炭吸附系統進水pH值6.8～7.5，水溫27 ℃～33 ℃，COD＜270 mg?L-1時，再生椰殼炭吸附處理在保證足夠吸附時間時能夠滿足后續膜處理要求。好氧生化系統負荷正常時COD可降低至270 mg?L-1以下，在此基礎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的可行技術思路。

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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，化學工程師，研究方向為化工生產工程技術。

（責任編輯、校對：琚行松）