生物活性炭技術在工業廢水處理中的研究進展

（遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

生物活性炭技術在工業廢水處理中的研究進展

胡順瑩，趙 翠，施 巖

（遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

工業廢水是一種成分復雜、難降解的有機廢水，水中含有大量的氨氮、重金屬、固體污染物、泥沙等有毒有害物質。采用單一的生物處理技術難以進行有效治理。主要介紹了生物活性炭技術在處理印染廢水、造紙廢水、焦化廢水、制革廢水、煉油廢水方面的研究現狀，并對今后的研究方向提出了建議。

生物活性炭技術；工業廢水；印染廢水；造紙廢水；焦化廢水

目前，工業廢水污染問題十分嚴峻，2012年我國發布的《輕工業“十二五”發展規劃》中指出，我國要積極推進節能減排，建設和完善結構優化、技術先進、清潔安全的現代輕工產業體系。生物活性炭（biological activated carbon，BAC）技術[1]是在活性炭技術[2]的基礎上發展而來的，它利用了活性炭吸附與生物降解的協同作用[3]來處理廢水。近年來，國內外學者目前對工業廢水集成處理工藝研究較多。本文主要介紹了生物活性炭集成技術在印染廢水、造紙廢水、焦化廢水、制革廢水、煉油廢水處理中的應用，并對活性炭處理工業廢水未來的發展提出了幾點建議，以期為相關研究提供參考。

1 生物活性炭技術對工業廢水的處理

1.1 生物活性炭技術在印染廢水處理中的應用

印染廢水中含有大量的有機物，且色度深、堿性強、水質變化快，用常規的活性炭法很難處理。姬海燕[4]等人以天津某印染廠經二級處理后的印染廢水為研究對象，考察了掛膜階段和穩定運行階段生物活性炭對COD、NH3-N、色度的去除效果。結果表明：系統運行20 d后，生物膜基本成熟，COD和NH3-N去除率可分別穩定在80%和70%左右。穩定運行階段，適當延長水力停留時間，有利于污染物的去除，但是續增大水力停留至110 min時，COD、NH3-N的去除率以及脫色率相對于水力停留時間為 50 min 時分別下降了25.56%、19.54%和21.74%。賈躍然[5]等以某印染廠排放的綜合印染廢水為研究對象，考察并研究了生物活性炭工藝對印染廢水深度處理的影響效果。結果表明：利用接種掛膜法可以強化掛膜效果，減少掛膜的時間，成功掛膜后，印染廢水中污染物的去除率隨水力負荷的增大而下降，隨氣水比的增大而升高。當氣水比值從1增大到3時，NH3-N、CODcr、濁度和色度的去除率分別提高了45.2%、20.1%、10%和10%，但是繼續增大氣水比后，污染物的去除率基本沒有影響。孫根行[6]等以某印染廠二級生化出水為研究對象，考察了BAC對COD、NH4+-N、SS和色度的平均去除率。通過實驗發現：當溫度為16.8～29.2 ℃、DO的質量濃度為5 mg/L、水力負荷為0.33 m3·m-2·h-1、HRT為1.1 h 時，BAC對COD、色度、NH4+-N、SS和色度的平均去除率分別達到了67.3%、68.8%、82.3%和71.2%。白祖國[7]等人采用臭氧氧化、活性炭吸附、生物氧化、活性炭生物再生聯合法，在低溫條件下，深度處理山東某印染廠生化處理出水。實驗結果表明：低溫條件雖然延長了系統的掛膜啟動時間，但不影響掛膜的質量。掛膜所采用的LB菌種在低溫(4～18 ℃) 條件下能夠正常生長繁殖，22 d后即可得到處理效果穩定的生物膜，濁度、色度、COD去除率分別穩定在68.76%、72.3%、60%，出水水質良好且穩定。總的來說，生物活性炭 (BAC )技術利用微生物的降解以及活性炭吸附的雙重作用可以更加有效的去除廢水中的污染物。但是在去除水中異味方面，短時間內可以有效，但是過一兩個月后，效果會變差，需要再次投入，這樣就會使得投入的成本相對較高。

1.2 生物活性炭技術在造紙廢水處理中的應用

造紙廢水中含有大量的纖維、填料、涂料、可溶性的有機污染物（COD、BOD）以及SS，而生物活性炭可以有效地吸附SS等固體污染物，降解有機污染物。吳迪[8]等以自山東省某造紙廠生化處理后的二沉池出水為研究對象，利用Ca(OH）2和 PAM混凝技術，再利用O3：UV組合高級氧化技術進行深度氧化，最后通過生物活性炭濾池（BAC），使出水的 COD小于50 mg/L，去除率達79.1%，達到城市污水再生利用工業用水的水質標準。苗飛[9]等以棉稈原料制漿造紙后的二沉池出水為研究對象，研究了梯級混凝和生物活性炭組合工藝對棉稈造紙廢水的處理效果。結果表明：梯級混凝段在最佳投藥量的基礎上，一級混凝對二沉池出水的COD 和色度的去除率分別為 30% 和 28%，二級混凝對二沉池出水的COD和色度的去除率分別為60%和70%；生物活性炭段對COD和色度的去除率分別達到50%和70% 。于鵬[10]等以某造紙集團污水處理廠出水為研究對象，研究了采用厭氧—好氧—絮凝沉淀的生物活性炭工藝對造紙污水進行的處理效果。實驗結果表明：平均進水CODcr 149.99 mg/L、色度34.30倍時，CODcr、色度去除率均達到50%以上。證明了生物活性炭工藝在造紙廢水深度處理中能夠達到較好的處理效果。張瑞超[11]等人利用特效微生物與活性炭相結合的方法處理山東華泰紙業股份有限公司的污水，并考察了培育好的白腐菌和特殊菌群等微生物對污水的處理效果。結果表明：在溫度30～35 ℃，pH值6.5～7.5，色度30～50倍，CODcr130～150 mg/L時，生物活性炭在深度處理制漿造紙廢水中的效果明顯，對難生化的有機污染物去除率較高。總的來說，對于諸如造紙、印染等難生物降解廢水，生物活性炭工藝在深度處理中具有較好的應用前景。但其長時間使用后，會出現吸附飽和的現象，需要再生或更換，將會大大增加處理成本。

1.3 生物活性炭技術在焦化廢水處理中的應用

焦化廢水中含有大量的污染物，COD在1 000左右，氨氮高達幾百到幾千，氰化物0～10×10-6，硫化物幾十×10-6，并且含有較多的芳香類化合物。而生物活性炭的降解和吸附作用可以有效地去除這些污染物。姚建華[12]等以經常規生化工藝處理后的焦化廢水為研究對象，考察了臭氧—生物活性炭工藝深度處理焦化廢水的效果和可行性。結果表明：該工藝用于焦化廢水的深度處理是完全可行的。經臭氧氧化后，廢水中的部分難生物降解有機物變得可被微生物降解，提高了廢水的可生化性。使生物活性炭技術更容易去除焦化廢水中的各類污染物質，令焦化廢水達到國家標準后再進行排放。田穎[13]等人以焦化廢水生化處理后出水為研究對象進行實驗。對比“Fenton氧化+生物接觸法+膜處理”和“臭氧+生物活性炭+膜處理”兩套焦化廢水深度處理方案。結果表明：先利用臭氧的強氧化作用將較難降解的有機物氧化成相對容易降解的有機物，再利用后續的活性炭濾池去除有機物及色度，最后再利用膜處理適度脫鹽，是最具優勢的實驗方法。郭勝[14]等人以某焦化廠生化處理以后的出水為研究對象，考察了應用生物活性炭技術深度處理焦化廠生化處理后廢水的實際情況。結果表明：投加不同量的活性炭，隨著活性炭投加量的不斷增加，色度和COD的去除率開始呈直線上升趨勢當投加量到達4 g/L后，COD和色度的去除率開始不再上升。焦化廠生化后出水（COD為200 mg/L，色度為900度）經生物活性炭處理后，COD的含量降為46.9 mg/L，色度降至25.8度，達到國家工業再生水質標準。總的來說，焦化廢水深度處理完全回用成本較高，目前完全實施較為困難。

1.4 生物活性炭技術在制革廢水處理中的應用

制革廢水主要來源于鞣前準備、鞣制和其他濕加工工段。污染最重的是脫脂廢水、浸灰脫毛廢水、鉻鞣廢水，這3種廢水約占總廢水量的50%，但卻包含了絕大部分的污染物，各種污染物占其總量的質量分數為：CODcr80%、BOD575%、SS70%、硫化物93%、氯化鈉50%、，鉻化合物95%。余彬[15]等人以浙江省某制革園區污水處理廠的生化出水為研究對象，考察了臭氧氧化—生物活性炭濾池深度處理制革廢水二級出水的實驗成果。在最優的條件下，即在臭氧加入量為25 mg/L、氧化時間為25 min、生物活性炭濾池HRT為1 h時，處理后廢水的平均COD 為51 mg/L，平均TOC為15.1 mg/L，平均UV254（波長254 nm處單位比色皿光程下的吸光度）為0.12，平均氨氮質量濃度為 0.51 mg/L，出水水質達到GB18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的一級B排放標準。王正法[16]等以福建某集控區皮革廢水處理廠排水為研究對象，

研究了針對物化混凝+SBR二級處理后的制革廢水。結果表明：采用ABFT+吸附混凝沉淀工藝進行深度處理，其中出水主要污染物的平均CODcr 133.8 mg/L、NH3-N 0.9 mg/L，平均去除率分別為71.7%和99.0%。總的來說，通過脫色方案比較，活性炭吸附混凝沉淀法去除色度效果顯著，出水色度低于5倍。隨著新型活性炭材料的不斷研發、吸附技術的日趨成熟，活性炭吸附法也將更加廣泛的應用于重金屬廢水的處理。

1.5 生物活性炭技術在煉油廢水處理中的應用

煉油企業外排廢水量較大，廢水中污染物濃度較高，主要污染物包括懸浮物、有機物類等，廢水處理日益受到關注。煉油廢水的可生化性較低，且有機負荷較高，如果直接采用傳統的生化法，不易取得穩定良好的處理效果，而固定化說生物活性炭技術可以較好地解決這些問題。叢俏[17]等以錦州市某石化公司的煉油廢水為研究對象，采用混凝—砂濾—固定化生物活性炭技術處理煉油廢水。結果表明，在混凝劑1%聚丙烯酰胺和FAPS投加量為1.0 mL/L和4 mL/L、砂濾濾速30 mL/min、濾層高度40 cm、固定化生物活性炭柱停留時間30 min、炭柱高度40 cm 的條件下，經混凝—砂濾—固定化生物活性炭技術處理后，各操作單元的濁度平均去除率分別為84.17%、96.36%、97.22%,COD 平均去除率分別為52.37%、62.13%、79.45%。該工藝對廢水中的污染物質有很好的去除效果。總的來說，BAC通過活性炭與微生物的協同效果，加快了微生物對水中污染物的降解才能。生物活性炭是近年來發展起來的新技術，具有占地面積小、污染小、處理效果好、運行比較穩定、可連續運行等優點。但煉油廢水中的污染物比重較大，因此，生物活性炭的處理效率還有待提高。

2 結 論

工業廢水會造成有機需氧物質污染、化學毒物污染、無機固體懸浮物污染、重金屬污染、酸污染、堿污染等等直接威脅人民群眾的生命和健康。本文對近年來國內外工業廢水的處理技術及現狀進行了綜述，筆者對該種處理技術提出如下建議：

（1）對于相關操作流程應加強生物炭池的操作管理，加強反沖洗并控制其強度，以防止活性炭流失，運轉時保證連續曝氣；

（2）加強研究增加活性炭壽命的措施，以降低使用成本；

（3）實驗研制低粉塵的活性炭粉沫。

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Research Progress in BAC
Technology for Industrial Wastewater Treatment

HU Shun-ying，ZHAO Cui，SHI Yan
（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

Industrial wastewater is a kind of complex and refractory organic wastewater, and contains a lot of matters, such as heavy metals, solid contaminants, sediment and other toxic substances. It can’t be treated with single technology. In this paper, research status of BAC technology was introduced in the field of dyeing wastewater, papermaking wastewater, wastewater, tannery waste water, refinery wastewater；And future research direction of BAC technology was suggested.

Biological activated carbon; Industrial wastewater; Dyeing wastewater; Papermaking wastewater; Coking wastewater

X 703

： A

： 1671-0460（2014）04-0625-03

2013-09-14

胡順瑩（1993-），女，遼寧省撫順市人，遼寧石油化工大學環境科學專業，研究方向：環境科學。E-mail：503831660@qq.com。

施巖（1977-），男，博士研究生，講師，研究方向：化工工藝。E-mail：309762528@qq.com。