活性炭吸附零排放廢水有機(jī)物的中試工藝研究

武思拓，劉曉晶

(陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710054)

有機(jī)物是我國(guó)水污染控制的主要指標(biāo)之一，有機(jī)物的含量大小直接影響反滲透工藝的運(yùn)行效率和處理成本，去除有機(jī)物是多級(jí)反滲透(RO)工藝不可或缺的預(yù)處理單元[1]。本項(xiàng)目為某園區(qū)廢水零排放項(xiàng)目的活性炭吸附工藝單元，吸附進(jìn)水為兩級(jí)反滲透RO2濃排水，其水質(zhì)特點(diǎn)為：高鹽、高氯離子、高不可生化有機(jī)物(有機(jī)物≥500 mg/L，B/C不到 0.1)。處理后出水要求COD≤115 mg/L，以便進(jìn)入下一個(gè)工藝單元進(jìn)一步處理。活性炭吸附工藝，以往多用于給水行業(yè)，很少用于大規(guī)模工業(yè)廢水的處理，但在零排放廢水處理中，有機(jī)物的脫除非常重要，直接影響后續(xù)處理工藝的穩(wěn)定運(yùn)行[2-3]。因此，有必要對(duì)活性炭吸附零排放廢水有機(jī)物進(jìn)行中試工藝研究，以指導(dǎo)工程運(yùn)用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

某煤化工廢水(兩極反滲透RO2濃排水)，水質(zhì)見表1；活性炭，碘值為700，900，1 000 mg/g；重鉻酸鉀、乙二胺四乙酸、硫酸汞、濃硫酸(98%)、硫酸銀等均為分析純。

表1 進(jìn)水水質(zhì)

PB-10酸度計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

吸附裝置工藝流程見圖1。

圖1 吸附裝置流程圖

原水在原水箱進(jìn)行緩沖后，用計(jì)量泵打入一級(jí)碳柱進(jìn)行吸附，一級(jí)吸附產(chǎn)水全部進(jìn)入二級(jí)碳柱進(jìn)行二級(jí)吸附，其產(chǎn)水進(jìn)入反洗水箱。

一級(jí)吸附實(shí)驗(yàn)裝置(無二級(jí)部分，其余相同)。活性炭柱直徑300 mm，高1 600 mm，裝碘值1 000 mg/g柱狀活性炭22 kg(體積45 L，進(jìn)水0.75 L/min，吸附負(fù)荷0.04 L/(L·min)，每天取樣，測(cè)量COD、吸附容量，運(yùn)行16 d。產(chǎn)品水及外排水水質(zhì)要求見表2。

表2 產(chǎn)品水及外排水水質(zhì)要求

1.3 COD測(cè)定方法

COD采用重鉻酸鉀法進(jìn)行測(cè)定[4]。

2 結(jié)果與討論

2.1 活性炭選擇

一級(jí)吸附實(shí)驗(yàn)，共三個(gè)實(shí)驗(yàn)碳柱，分別裝碘值700，900，1 000 mg/g，三種柱狀活性炭22 kg(體積45 L)，結(jié)果見圖2、圖3。

圖2 活性炭對(duì)COD的影響

圖3 1 000碘值碳累計(jì)吸附容量

由圖2、圖3可知，運(yùn)行至14 d，700碘值碳及900碘值碳進(jìn)、出水COD已近相同，停止進(jìn)水。1 000碘值碳尚有效果，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，運(yùn)行至16 d，進(jìn)、出水的COD也基本一樣，達(dá)到吸附飽和點(diǎn)，吸附容量為18.7%，累計(jì)吸附容量為4 121.2 mg/g，有機(jī)物去除效果較其它兩種碳高15%～20%。此外，磨損強(qiáng)度、漂浮率及粉末等性能參數(shù)也較好。故選用碘值1 000 mg/g活性炭進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.2 一級(jí)活性炭吸附性能中試研究

一級(jí)吸附實(shí)驗(yàn)采用一個(gè)實(shí)驗(yàn)碳柱，裝碘值1 000 mg/g柱狀活性炭25 kg(體積45 L)，實(shí)驗(yàn)進(jìn)水1.8 L/min，吸附負(fù)荷0.04 L/(L·min)，結(jié)果見圖4、圖5。

由圖4、圖5可知，運(yùn)行至11 d，1 000碳的進(jìn)、出水COD已近相同，達(dá)到吸附飽和點(diǎn)，吸附容量為17.9%，累計(jì)吸附容量為4 479.0 mg/g。

圖4 一級(jí)吸附進(jìn)出水COD趨勢(shì)線

圖5 一級(jí)活性炭累計(jì)吸附容量

2.3 兩級(jí)活性炭吸附性能中試研究

裝置為串聯(lián)二級(jí)吸附中試裝置，裝碘值1 000 mg/g柱狀活性炭，一、二級(jí)裝碳量32 kg(體積70.7 L)。一級(jí)碳柱進(jìn)水設(shè)定為0.7 L/min，一級(jí)出水全部重新進(jìn)入二級(jí)，吸附負(fù)荷0.003 L/(L·min)，結(jié)果見圖6、圖7。

圖6 兩級(jí)吸附進(jìn)出水COD趨勢(shì)線

圖7 兩級(jí)吸附一、二級(jí)碳柱吸附容量

由圖6、圖7可知，兩級(jí)吸附實(shí)驗(yàn)二級(jí)平均出水COD為110 mg/L時(shí)，累計(jì)吸附容量?jī)H為6.33%。反之，當(dāng)處理出水有機(jī)物要求低時(shí)，如本實(shí)驗(yàn)兩級(jí)吸附的第一級(jí)，平均出水COD為276 mg/L，活性炭的累計(jì)吸附容量可達(dá)到飽和的18.07%。利用這一特性可使活性炭的吸附性能發(fā)揮到最大。當(dāng)活性炭吸附處理高濃度有機(jī)物廢水時(shí)，可分兩級(jí)或多級(jí)。運(yùn)行時(shí)，只換一級(jí)的飽和活性炭；將未飽和的二級(jí)碳柱改為一級(jí)，使其繼續(xù)運(yùn)行至飽和。這樣，新裝的再生碳或新碳始終為二級(jí)吸附，可保證二級(jí)出水有機(jī)物一直為高標(biāo)準(zhǔn)。

采用活性炭吸附去除有機(jī)物，出水水質(zhì)取決于吸附時(shí)間及選用活性炭的吸附速率。同一種活性炭，吸附速率和吸附進(jìn)水與有機(jī)物濃度有關(guān)，高有機(jī)物濃度吸附速率大，低有機(jī)物濃度吸附速率小。本次兩級(jí)吸附中試，一級(jí)吸附進(jìn)水COD為476 mg/L，吸附速率為2.8 mg/(L·min)。二級(jí)吸附進(jìn)水COD為200 mg/L，雖吸附時(shí)間相同，而二級(jí)實(shí)際平均吸附速率僅為0.93 mg/(L·min)，和一級(jí)相差很大。一級(jí)累計(jì)吸附容量達(dá)18%(接近飽和)時(shí)，二級(jí)平均出水COD為114 mg/L。

2.4 二級(jí)出水水質(zhì)分析

采用一、二級(jí)吸附柱中裝填煤質(zhì)柱狀活性炭處理某煤化工廢水，其出水水質(zhì)見表3。

表3 二級(jí)出水水質(zhì)分析

由表3可知，其出水COD平均為114 mg/L，滿足<115 mg/L的要求。

3 結(jié)論

(1)在相同條件下，1 000碘值碳的有機(jī)物去除效果較好。此外，磨損強(qiáng)度、漂浮率及粉末等性能參數(shù)也較好。

(2)根據(jù)吸附中試實(shí)驗(yàn)，本柱狀活性炭的飽和累計(jì)吸附容量為18%～19% 。由一級(jí)吸附實(shí)驗(yàn)趨勢(shì)線可看出，當(dāng)累計(jì)吸附容量達(dá)18%以后，出水過程線出現(xiàn)拐點(diǎn)，出水COD快速接近進(jìn)水。

(3)二級(jí)吸附中試裝置裝碳量32 kg(體積70.7 L)，一級(jí)碳柱進(jìn)水設(shè)定為0.7 L/min，一級(jí)出水全部重新進(jìn)入二級(jí)。一級(jí)吸附進(jìn)水COD為476 mg/L，吸附速率為2.8 mg/(L·min)。二級(jí)吸附進(jìn)水COD為200 mg/L，雖吸附時(shí)間相同，而二級(jí)實(shí)際平均吸附速率僅為0.93 mg/(L·min)。一級(jí)累計(jì)吸附容量達(dá)18%(接近飽和)時(shí)，二級(jí)平均出水COD為114 mg/L。