生物活性炭深度處理化工類廢水的實驗研究

李 鋒

(運城市環境保護監測站，山西 運城 044000)

生物活性炭深度處理化工類廢水的實驗研究

李 鋒

(運城市環境保護監測站，山西 運城 044000)

作為一種新的污水處理工藝，生物活性炭技術具有操作簡單、經濟可靠等優點，在污水深度處理中有著良好的應用前景。以某污水處理廠處理過的化工廢水為研究對象，采用生物活性炭工藝對其進行深度處理，以獲得化工類廢水深度處理的新途徑。結果表明，化工類廢水經過生物活性炭技術深度處理后，COD的去除率可達40%左右，氨氮的去除率可達60%左右，工藝出水可達到地表水環境質量標準。

生物活性炭；深度處理；化工類廢水；吸附作用；生化降解

水是生命之基礎，是世界上最可貴的自然資源。國內外大量研究指出，水是人類和一切生物賴以生存及繁衍生息的必要條件，不可被其他任何東西所替代。然而，隨著現代工業的不斷進步及人類的快速發展，大量的水資源被污染，致使多國和地區能為人所利用的水資源越來越少，相繼出現了“水資源危機”。化工廢水的大量排放，更是嚴重影響了工農業生產，危害了人類健康。一般而言，化工廢水具有水質成分復雜、廢水中污染物含量高、有毒有害物質多、生物難降解物質多、廢水色度高、有毒和刺激性大、恢復比較困難等特點。基于化工廢水的危害性及其典型特點，近年來，國內外大量學者對其的處理及回收利用作了廣泛的研究，主要包括物理處理法、化學處理法、物理化學法和生物處理法4大類。例如，韋朝海(2012)對煤化工中焦化廢水的污染、控制原理與技術應用作了具體研究。研究認為，焦化廢水的處理應系統考慮廢水的成分特征，根據不同污染物的性質提出相適應的去除原理[1]。王香蓮等(2014)綜述了煤化工廢水的處理現狀及存在的主要問題。指出，針對性預處理在煤化工廢水治理方面至關重要[2]。

20世紀70年代末，去除水中有機污染物的一種新工藝——生物活性炭技術的研究與出現為印染、煤及石油化工等化工廢水的預處理及深度處理提供了新的思路。生物活性炭技術(BAC)的實質是，基于活性炭發達的孔隙結構和巨大的比表面積，在活性炭上固定微生物，利用微生物對污染物的生化降解作用，延長活性炭的使用壽命，提高對廢水中有機污染物的去除效率。王小蓉等(2010)對生物活性炭技術在廢水處理中的應用作了研究，指出了生物活性炭技術的現存問題，并提出了改進措施[3]。賴波等(2012)研究表明，生物活性炭系統比空白活性炭處理系統對污水有更好的處理效果，生物活性炭系統中存在的生物再生作用，使其長期保持高效的吸附能力[4]。

基于以上研究，本實驗擬采用生物活性炭法對某污水處理廠的化工廢水進行深度處理。

1 實驗部分

1.1 實驗用水

本次實驗用水來自山西某污水處理廠處理過的化工廢水，此污水處理廠采用A2/O活性污泥法，其處理后的水質指標詳見第142頁表1。

表1 實驗廢水主要水質指標

1.2 檢測指標及分析方法

本實驗主要檢測指標有COD、氨氮質量濃度、實驗水溫和pH值，其分析方法分別為重鉻酸鉀標準方法、納氏試劑分光光度計法、溫度計測試法和pHS-25型酸度計法。

1.3 實驗裝置及設備

本次實驗采用有機玻璃生物活性炭反應器，高度100 cm、內徑6 cm，反應器內部填充60 cm厚活性炭。用泵將進水引入有機玻璃反應器中，進水經炭層作用，從出口出水，即采用上流向運行方式。實驗采用了活性炭、生物掛膜及生物活性炭3種處理措施，以作對比。實驗裝置圖如圖1所示。

圖1 生物活性炭裝置示意圖

1.4 實驗方法

通過測定進、出水水質指標狀況，研究生物活性炭技術深度處理化工類廢水的運行效果，并將其運行效果與傳統的活性炭物理吸附法及生物膜法進行比較。

2 結果與討論

2.1 進、出水COD變化及去除率

對本實驗設備安裝和調試完成后，反應器對化工類廢水進行連續15 d的曝氣掛膜。運行期間，水溫保持18 ℃～25 ℃，水量保持在70 L/h，停留時間為10 min。每天上午10:00左右取樣分析，期間的COD值變化如圖2所示。

如圖2所示，進水經過生物活性炭裝置處理后，COD值有明顯降低的趨勢。具體來看，工藝運行第1 d，COD有較一定的去除率，而在第2 d～第3 d，COD去除率相對較低；隨著時間的推移，COD去除率又有明顯升高的趨勢。分析認為，運行開始階段，活性炭因其巨大的比表面積和吸附性，將廢水中有機物質和活性污泥吸附于表面和內部孔隙，較多地去除了廢水中的COD，而在此階段微生物還未發揮其應有的作用。然而，第2 d～第3 d，活性炭的吸附趨于飽和，而微生物數量又較少，活性亦不強，致使水中COD的去除率較低，基本達不到去除COD的效果。之后，隨著時間的推移，工藝系統中微生物因適應了新的環境，也具備了充足的生長條件而大量繁殖，活性增強，對廢水中COD有了較好的去除效果，可達到40%左右。亦即，運行開始起主要作用的是活性炭的吸附作用，然后是微生物的降解作用。

圖2 運行期間進、出水COD值變化

2.2 進、出水氨氮變化及去除率

同樣條件下對此工藝系統進行運行，每天上午10:00左右取樣分析，期間的氨氮質量濃度變化如圖3所示。

圖3 運行期間進、出水氨氮質量濃度變化

如圖3所示，進水經過生物活性炭裝置處理后，氨氮的質量濃度也有明顯降低的趨勢。具體為，開始的前6 d內，氨氮的去除效果并不明顯；第7 d開始，生物活性炭裝置對氨氮有較好的去除效果。分析認為，硝化細菌向活性炭表面輸送和可逆附著需要一段過程，硝化菌對外部環境的適應也需要一定的時間，只有確定的硝化菌性質和環境條件，才可使生物活性炭系統處于正常運行狀態。即，一般以氨氮去除效果的相對穩定作為判斷生物活性炭系統正常運行的依據。正常運行條件下，氨氮的去除率較高，可達到60%左右。因此，生物活性炭系統從開始運行到處于正常運行狀態可能需要1周左右的時間。

3 生物活性炭技術與傳統工藝效果比較

在實驗水溫18 ℃～35 ℃、pH=7.34～7.58的條件下，分別考察生物活性炭與傳統活性炭及生物膜法對化工類廢水深度處理的效果，結果如圖4所示。

圖4 不同處理方法的處理效果對比

由圖4可知，傳統活性炭、生物膜法及生物活性炭技術對此廢水的COD去除率分別為22%、25%和40%左右，氨氮去除率分別為39%、43%和60%左右，生物活性炭技術對化工類廢水的深度處理明顯優于傳統活性炭法及純生物膜法。因為生物活性炭技術結合了活性炭物理吸附法與生物降解法的雙重優勢，其處理水的過程涉及活性炭顆粒、微生物、水中污染物及溶解氧4個因素在水溶液中的相互作用[5-6]，可以保證出水水質的穩定排放。

4 結論與展望

現代工業的飛速發展，造成化工類廢水的大量排放，已經嚴重威脅了人類的生活安全。生物活性炭技術在國內外水處理領域得到了廣泛應用，并取得了較好的成果。通過本實驗可知，生物活性炭工藝對化工類廢水的深度處理有較理想的處理效果，

其結合了傳統活性炭法及純生物膜法處理廢水的雙重優勢，對山西某污水處理站處理廢水的COD去除率可達40%左右，氨氮的去除率可達60%左右，深度處理結果明顯優于傳統活性炭法及純生物膜法，非常值得推廣。

由于時間和條件的限制，本實驗尚未進行不同溫度、不同pH值及不同流向運行方式等條件下生物活性炭處理化工類廢水進行研究，下一步應加強此方面的研究，并對其進行系統的對比分析，為污水站化工類廢水的深度處理作參考和借鑒，以提高污水廢水的處理水平。

[1] 韋朝海.煤化工中焦化廢水的污染、控制原理與技術應用[J].環境化學，2012,31(10):1465-1472.

[2] 王香蓮，湛含輝，劉浩.煤化工廢水處理現狀及發展方向[J].現代化工，2014,34(3):1-4.

[3] 王小蓉，郝廣平，李文翠.生物活性炭技術在水處理中的研究與應用[J].化工進展，2010,29(5):932-937.

[4] 賴波，周岳溪，楊平.生物活性炭法處理ABS樹脂生產廢水[J].中國環境科學，2012,32(2):254-259.

[5] 武福平，齊海英，丁俊宏，等.活性炭石英砂生物過濾處理微污染窖水的掛膜試驗研究[J].水處理技術，2011,37(7):70-72.

[6] 蘭淑澄.生物活性炭技術在污水處理中的應用[J].給水排水，2002,28(12):1-5.

Experimental study on advanced treatment of chemical wastewater by biological activated carbon

LI Feng

(Yuncheng Environmental Protection Monitoring Station, Yuncheng Shanxi 044000, China)

As a new sewage treatment technology, biological activated carbon technology has the advantages of simple operation, economic reliability, and it has a good application prospect in wastewater treatment. In this experiment, taking chemical wastewater treated in sewage treatment plant as the research object, using biological activated carbon process to conduct advanced treatment, a new way of chemical wastewater treatment is obtained. The results show that after the advanced treatment of chemical wastewater by biological activated carbon technology, the COD removal rate can reach about 40%,and ammonia nitrogen removal rate is about 60%. And the effluent can reach environmental quality standard of surface water.

biological activated carbon; advanced treatment; chemical wastewater; adsorption; biochemical degradation

2016-12-29

李 鋒，男，1969年出生，1990年畢業于山西礦業學院，高級工程師，主要從事環境監測、環境保護等方面研究工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.48

X703

A

1004-7050(2017)02-0141-03

環境保護