活性炭吸附零排放廢水有機物的中試工藝研究

武思拓，劉曉晶

(陜西省石油化工研究設計院，陜西 西安 710054)

有機物是我國水污染控制的主要指標之一，有機物的含量大小直接影響反滲透工藝的運行效率和處理成本，去除有機物是多級反滲透(RO)工藝不可或缺的預處理單元[1]。本項目為某園區廢水零排放項目的活性炭吸附工藝單元，吸附進水為兩級反滲透RO2濃排水，其水質特點為：高鹽、高氯離子、高不可生化有機物(有機物≥500 mg/L，B/C不到 0.1)。處理后出水要求COD≤115 mg/L，以便進入下一個工藝單元進一步處理。活性炭吸附工藝，以往多用于給水行業，很少用于大規模工業廢水的處理，但在零排放廢水處理中，有機物的脫除非常重要，直接影響后續處理工藝的穩定運行[2-3]。因此，有必要對活性炭吸附零排放廢水有機物進行中試工藝研究，以指導工程運用。

1 實驗部分

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 進水水質

PB-10酸度計。

1.2 實驗方法

吸附裝置工藝流程見圖1。

圖1 吸附裝置流程圖

原水在原水箱進行緩沖后，用計量泵打入一級碳柱進行吸附，一級吸附產水全部進入二級碳柱進行二級吸附，其產水進入反洗水箱。

一級吸附實驗裝置(無二級部分，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，進水0.75 L/min，吸附負荷0.04 L/(L·min)，每天取樣，測量COD、吸附容量，運行16 d。產品水及外排水水質要求見表2。

表2 產品水及外排水水質要求

1.3 COD測定方法

COD采用重鉻酸鉀法進行測定[4]。

2 結果與討論

2.1 活性炭選擇

一級吸附實驗，共三個實驗碳柱，分別裝碘值700，900，1 000 mg/g，三種柱狀活性炭22 kg(體積45 L)，結果見圖2、圖3。

圖2 活性炭對COD的影響

圖3 1 000碘值碳累計吸附容量

由圖2、圖3可知，運行至14 d，700碘值碳及900碘值碳進、出水COD已近相同，停止進水。1 000碘值碳尚有效果，繼續實驗，運行至16 d，進、出水的COD也基本一樣，達到吸附飽和點，吸附容量為18.7%，累計吸附容量為4 121.2 mg/g，有機物去除效果較其它兩種碳高15%～20%。此外，磨損強度、漂浮率及粉末等性能參數也較好。故選用碘值1 000 mg/g活性炭進行后續實驗。

2.2 一級活性炭吸附性能中試研究

一級吸附實驗采用一個實驗碳柱，裝碘值1 000 mg/g柱狀活性炭25 kg(體積45 L)，實驗進水1.8 L/min，吸附負荷0.04 L/(L·min)，結果見圖4、圖5。

由圖4、圖5可知，運行至11 d，1 000碳的進、出水COD已近相同，達到吸附飽和點，吸附容量為17.9%，累計吸附容量為4 479.0 mg/g。

圖4 一級吸附進出水COD趨勢線

圖5 一級活性炭累計吸附容量

2.3 兩級活性炭吸附性能中試研究

裝置為串聯二級吸附中試裝置，裝碘值1 000 mg/g柱狀活性炭，一、二級裝碳量32 kg(體積70.7 L)。一級碳柱進水設定為0.7 L/min，一級出水全部重新進入二級，吸附負荷0.003 L/(L·min)，結果見圖6、圖7。

圖6 兩級吸附進出水COD趨勢線

圖7 兩級吸附一、二級碳柱吸附容量

由圖6、圖7可知，兩級吸附實驗二級平均出水COD為110 mg/L時，累計吸附容量僅為6.33%。反之，當處理出水有機物要求低時，如本實驗兩級吸附的第一級，平均出水COD為276 mg/L，活性炭的累計吸附容量可達到飽和的18.07%。利用這一特性可使活性炭的吸附性能發揮到最大。當活性炭吸附處理高濃度有機物廢水時，可分兩級或多級。運行時，只換一級的飽和活性炭；將未飽和的二級碳柱改為一級，使其繼續運行至飽和。這樣，新裝的再生碳或新碳始終為二級吸附，可保證二級出水有機物一直為高標準。

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

2.4 二級出水水質分析

采用一、二級吸附柱中裝填煤質柱狀活性炭處理某煤化工廢水，其出水水質見表3。

表3 二級出水水質分析

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

3 結論

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

(2)根據吸附中試實驗，本柱狀活性炭的飽和累計吸附容量為18%～19% 。由一級吸附實驗趨勢線可看出，當累計吸附容量達18%以后，出水過程線出現拐點，出水COD快速接近進水。

(3)二級吸附中試裝置裝碳量32 kg(體積70.7 L)，一級碳柱進水設定為0.7 L/min，一級出水全部重新進入二級。一級吸附進水COD為476 mg/L，吸附速率為2.8 mg/(L·min)。二級吸附進水COD為200 mg/L，雖吸附時間相同，而二級實際平均吸附速率僅為0.93 mg/(L·min)。一級累計吸附容量達18%(接近飽和)時，二級平均出水COD為114 mg/L。