污水再生回用深度處理生物活性炭技術(shù)

1、生物活性炭（BAC）處理原理分析

所謂生物活性炭技術(shù)，就是憑借活性炭具有的2種特殊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：空隙發(fā)達(dá)以及表面積較大，這樣可吸附水中的溶解氧以及有機(jī)物，另外，生物活性炭還可充當(dāng)載體，給微生物提供生長(zhǎng)和繁殖的場(chǎng)所，活性炭營(yíng)養(yǎng)條件以及溫度條件都會(huì)較為適中，發(fā)揮出活性炭的微生物降解以及物力吸附功能。這也就是生物活性炭法水處理技術(shù)。

利用生物活性炭處理水的過(guò)程中，會(huì)涉及到4個(gè)因素在水中的相互作用，分別為活性炭顆粒、溶解氧、微生物以及污染物。生物活性炭實(shí)質(zhì)為單純活性炭吸附作用，其功能好壞不僅和活性炭的表面積、表面化學(xué)性質(zhì)以及空隙結(jié)構(gòu)有關(guān)，還和污染物的分子結(jié)構(gòu)、溶解度、分子極性以及分子量有著緊密的關(guān)系。就目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)用于水處理的活性炭，通常微孔較為發(fā)達(dá)，占比表面積分配的95%以上，而中孔占比卻＜5%。如果用于廢水處理，那么需要的活性炭的比孔容積應(yīng)＞0.2cm3/g。

2、生物活性炭工藝的特點(diǎn)

（1）生物活性炭更適用于低濃度有機(jī)廢水的處理。

眾所周知，微生物在降解有機(jī)物時(shí)，存在一個(gè)最小基質(zhì)濃度，如果水中的有機(jī)物濃度＜這個(gè)最小基質(zhì)濃度，就會(huì)影響微生物的降解作用。因?yàn)锽AC可更好地吸附水中的有機(jī)物，這樣碳表面就會(huì)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行富集，微生物的降解速率就會(huì)進(jìn)一步提升。

（2）生物活性炭處理方法不僅可提高通水倍數(shù)，更能提高活性炭的吸附容量，進(jìn)一步延長(zhǎng)了活性炭的使用壽命，同時(shí)降低了活性炭的再生成本。

（3）BAC處理方法去除污染物的效率更高，運(yùn)行更加穩(wěn)定，對(duì)于微生物或活性炭單獨(dú)作用時(shí)不能去除的污染物，該方法都能有效去除。因?yàn)榛钚蕴靠晌饺芙庋酰硗猓浔砻婢哂忻黠@的催化效果，利于有機(jī)生物的降解作用。活性炭吸附水中的有毒類(lèi)物質(zhì)，顯著提高了處理工藝的耐沖擊能力。

（4）BAC處理方法在處理過(guò)程中，占地面積不大，工藝設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制過(guò)程，管理過(guò)程更為方便。

3、案例介紹

某機(jī)械加工企業(yè)排放污水中錳離子和鐵離子等顆粒物的含量比較高，對(duì)污水進(jìn)常規(guī)化處理后，雖然出水水質(zhì)達(dá)到了國(guó)家規(guī)定的污水排放要求，但如果用于回用水，水中的錳離子含量和鐵離子含量依然比較高，水質(zhì)渾濁。需對(duì)企業(yè)排放的工業(yè)廢水進(jìn)行進(jìn)一步的深度處理。

4、污水深度處理試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)裝置及工藝流程

文章涉及到的試驗(yàn)裝置主體為濾柱，其實(shí)質(zhì)為生物活性炭濾柱，圖1為其具體工藝流程圖。濾柱通常為有機(jī)玻璃材質(zhì)。柱底部采用礫石作為承托層，填料通常為柱狀活性炭。

4.2 運(yùn)行參數(shù)

濾柱的工作方式為自然掛膜，廢水水溫具體為25~30℃。在培養(yǎng)生物膜的過(guò)程中，如果過(guò)濾的速度過(guò)快就會(huì)沖刷相對(duì)不成熟的生物膜，影響碳粒表面生物膜的形成，所以在掛膜的過(guò)程中，通常控制濾柱的過(guò)濾速度約為1.2m/h，空床停留當(dāng)?shù)臅r(shí)間具體為60min。待生物膜培養(yǎng)穩(wěn)定后，運(yùn)行時(shí)選擇下向流運(yùn)行方式，進(jìn)水箱會(huì)設(shè)置計(jì)量泵，用于加壓原水，將其壓至濾柱頂部。濾柱在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)有兩種工況形式：①控制濾柱過(guò)濾速度為1.6m/h，設(shè)置45min的空床停留時(shí)間；②控制濾柱的過(guò)濾速度為2.4m/h，設(shè)置30min的空床停留時(shí)間。

該方法運(yùn)行的過(guò)程中，碳粒表面如果存在老化的生物膜，或?yàn)V層中集聚了一定的顆粒性物質(zhì)，就會(huì)對(duì)水質(zhì)和產(chǎn)水量產(chǎn)生影響，為了能進(jìn)一步保障濾柱的正常運(yùn)行，需要進(jìn)行合理的反沖洗操作。該方法運(yùn)行的過(guò)程中，必須憑借濾柱反沖洗的周期判斷出水水質(zhì)以及水頭損失，濾柱的沖洗方式為單獨(dú)水沖，周期具體為4~5d，具體時(shí)長(zhǎng)為6~8min。

4.3 分析項(xiàng)目和方法

文章涉及試驗(yàn)水中存在的污染物質(zhì)主要有：濁度、磷、鐵、COD、錳、氨氮。濁度的測(cè)定需要憑借分光光度法，磷的測(cè)定憑借鉬酸銨分光光度法，鐵的測(cè)定憑借鄰菲啰啉分光光度法，COD的測(cè)定憑借重鉻酸鉀法，錳的測(cè)定憑借高碘酸鉀氧化-分光光度法。

5、結(jié)果與討論

5.1 掛膜期運(yùn)行效果分析

設(shè)判斷生物活性炭生物膜是否已成熟的標(biāo)準(zhǔn)就是其有機(jī)物的氨氮去除率和有機(jī)物去除率。該試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)處于夏季，夏季的高溫對(duì)生物膜的成熟更有利。在掛膜開(kāi)始前10d，因?yàn)榛钚蕴烤哂休^好的吸附作用，濾柱可更好地去除氨氮以及COD；到了掛膜后期，因?yàn)榛钚蕴恳盐搅舜罅康奈廴疚镔|(zhì)，活性炭對(duì)氨氮以及COD的吸附左右有所下降，隨著碳粒生物膜日漸成熟，生物對(duì)污染物的降解作用反而加強(qiáng)。到21d時(shí)，濾柱對(duì)氨氮以及COD和氨氮的去除速率更為穩(wěn)定，證明掛膜成功。

5.2 對(duì)鐵和錳的去除效果

如果處于工況1的運(yùn)行情況下，進(jìn)水鐵濃度為0.599mg/L；出水鐵濃度范圍處于0~0.17mg/L之間，出水鐵的平均濃度為0.13mg/L，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，鐵的去除效率已達(dá)到78%，出水鐵的濃度不會(huì)受到進(jìn)水水質(zhì)的明顯影響，經(jīng)過(guò)處理后能達(dá)到回用水質(zhì)的相關(guān)參數(shù)要求。如果處于工況2的運(yùn)行情況下，進(jìn)水鐵平均濃度為0.67mg/L；出水鐵的濃度范圍具體為0.10~0.37mg/L，出水鐵的平均質(zhì)量濃度具體為0.22mg/L，去除效率達(dá)到66%，通過(guò)和有關(guān)參數(shù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，出水鐵的濃度超標(biāo)。出水鐵招標(biāo)的情況受進(jìn)水鐵濃度和停留時(shí)間有緊密的關(guān)系，如果進(jìn)水鐵濃度＞1mg/L，就會(huì)嚴(yán)重影響出水鐵的濃度，完成處理后的水也不能達(dá)到回用的標(biāo)準(zhǔn)。

如果處于工況1的運(yùn)行情況下，進(jìn)水錳的濃度范圍為0.08~0.79mg/L，錳的平均質(zhì)量濃度為0.42mg/L；出水錳的質(zhì)量濃度范圍處于0~0.07mg/L之間，平均錳濃度為0.05mg/L，去除效率達(dá)到86%。如果處于工況2的運(yùn)行情況下，進(jìn)水錳的濃度范圍處于0.20~2.01mg/L，平均錳濃度具體為0.97mg/L；出水錳質(zhì)量濃度范圍為0.06~0.2mg/L，錳平均質(zhì)量濃度為0.24mg/L，去除效率為74%。如果處于工況2的運(yùn)行情況下，出水錳就會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的超標(biāo)，不能達(dá)到污水回用的相關(guān)參數(shù)要求，這和停留時(shí)間以及錳濃度的變化有著較為緊密的聯(lián)系。

5.3 對(duì)濁度的去除效果

如圖2所示為生物活性炭過(guò)濾去除廢水的蝕度，進(jìn)水具有幅度較為的濁度變化。如果處于工況1的運(yùn)行情況下，進(jìn)水濁度具體約為17.1NTU，經(jīng)過(guò)相關(guān)處理，出水濁度已達(dá)到1.7NTU，去除的效率已達(dá)到90%。如果處于工況1的運(yùn)行情況下，進(jìn)水濁度具體為17.3NTU，經(jīng)過(guò)相關(guān)處理，出水濁度已達(dá)到3.9NTU，去除效率達(dá)到78%，因?yàn)橥Ａ魰r(shí)間不長(zhǎng)，濾層中水流出時(shí)容易帶出小顆粒，造成出水濁度升高，穩(wěn)定后，也不能達(dá)到回水水質(zhì)的相關(guān)要求。