生物活性炭技术在工业废水处理中的研究进展

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

生物活性炭技术在工业废水处理中的研究进展

胡顺莹，赵 翠，施 岩

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

工业废水是一种成分复杂、难降解的有机废水，水中含有大量的氨氮、重金属、固体污染物、泥沙等有毒有害物质。采用单一的生物处理技术难以进行有效治理。主要介绍了生物活性炭技术在处理印染废水、造纸废水、焦化废水、制革废水、炼油废水方面的研究现状，并对今后的研究方向提出了建议。

生物活性炭技术；工业废水；印染废水；造纸废水；焦化废水

目前，工业废水污染问题十分严峻，2012年我国发布的《轻工业“十二五”发展规划》中指出，我国要积极推进节能减排，建设和完善结构优化、技术先进、清洁安全的现代轻工产业体系。生物活性炭（biological activated carbon，BAC）技术[1]是在活性炭技术[2]的基础上发展而来的，它利用了活性炭吸附与生物降解的协同作用[3]来处理废水。近年来，国内外学者目前对工业废水集成处理工艺研究较多。本文主要介绍了生物活性炭集成技术在印染废水、造纸废水、焦化废水、制革废水、炼油废水处理中的应用，并对活性炭处理工业废水未来的发展提出了几点建议，以期为相关研究提供参考。

1 生物活性炭技术对工业废水的处理

1.1 生物活性炭技术在印染废水处理中的应用

印染废水中含有大量的有机物，且色度深、碱性强、水质变化快，用常规的活性炭法很难处理。姬海燕[4]等人以天津某印染厂经二级处理后的印染废水为研究对象，考察了挂膜阶段和稳定运行阶段生物活性炭对COD、NH3-N、色度的去除效果。结果表明：系统运行20 d后，生物膜基本成熟，COD和NH3-N去除率可分别稳定在80%和70%左右。稳定运行阶段，适当延长水力停留时间，有利于污染物的去除，但是续增大水力停留至110 min时，COD、NH3-N的去除率以及脱色率相对于水力停留时间为 50 min 时分别下降了25.56%、19.54%和21.74%。贾跃然[5]等以某印染厂排放的综合印染废水为研究对象，考察并研究了生物活性炭工艺对印染废水深度处理的影响效果。结果表明：利用接种挂膜法可以强化挂膜效果，减少挂膜的时间，成功挂膜后，印染废水中污染物的去除率随水力负荷的增大而下降，随气水比的增大而升高。当气水比值从1增大到3时，NH3-N、CODcr、浊度和色度的去除率分别提高了45.2%、20.1%、10%和10%，但是继续增大气水比后，污染物的去除率基本没有影响。孙根行[6]等以某印染厂二级生化出水为研究对象，考察了BAC对COD、NH4+-N、SS和色度的平均去除率。通过实验发现：当温度为16.8～29.2 ℃、DO的质量浓度为5 mg/L、水力负荷为0.33 m3·m-2·h-1、HRT为1.1 h 时，BAC对COD、色度、NH4+-N、SS和色度的平均去除率分别达到了67.3%、68.8%、82.3%和71.2%。白祖国[7]等人采用臭氧氧化、活性炭吸附、生物氧化、活性炭生物再生联合法，在低温条件下，深度处理山东某印染厂生化处理出水。实验结果表明：低温条件虽然延长了系统的挂膜启动时间，但不影响挂膜的质量。挂膜所采用的LB菌种在低温(4～18 ℃) 条件下能够正常生长繁殖，22 d后即可得到处理效果稳定的生物膜，浊度、色度、COD去除率分别稳定在68.76%、72.3%、60%，出水水质良好且稳定。总的来说，生物活性炭 (BAC )技术利用微生物的降解以及活性炭吸附的双重作用可以更加有效的去除废水中的污染物。但是在去除水中异味方面，短时间内可以有效，但是过一两个月后，效果会变差，需要再次投入，这样就会使得投入的成本相对较高。

1.2 生物活性炭技术在造纸废水处理中的应用

造纸废水中含有大量的纤维、填料、涂料、可溶性的有机污染物（COD、BOD）以及SS，而生物活性炭可以有效地吸附SS等固体污染物，降解有机污染物。吴迪[8]等以自山东省某造纸厂生化处理后的二沉池出水为研究对象，利用Ca(OH）2和 PAM混凝技术，再利用O3：UV组合高级氧化技术进行深度氧化，最后通过生物活性炭滤池（BAC），使出水的 COD小于50 mg/L，去除率达79.1%，达到城市污水再生利用工业用水的水质标准。苗飞[9]等以棉秆原料制浆造纸后的二沉池出水为研究对象，研究了梯级混凝和生物活性炭组合工艺对棉秆造纸废水的处理效果。结果表明：梯级混凝段在最佳投药量的基础上，一级混凝对二沉池出水的COD 和色度的去除率分别为 30% 和 28%，二级混凝对二沉池出水的COD和色度的去除率分别为60%和70%；生物活性炭段对COD和色度的去除率分别达到50%和70% 。于鹏[10]等以某造纸集团污水处理厂出水为研究对象，研究了采用厌氧—好氧—絮凝沉淀的生物活性炭工艺对造纸污水进行的处理效果。实验结果表明：平均进水CODcr 149.99 mg/L、色度34.30倍时，CODcr、色度去除率均达到50%以上。证明了生物活性炭工艺在造纸废水深度处理中能够达到较好的处理效果。张瑞超[11]等人利用特效微生物与活性炭相结合的方法处理山东华泰纸业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对污水的处理效果。结果表明：在温度30～35 ℃，pH值6.5～7.5，色度30～50倍，CODcr130～150 mg/L时，生物活性炭在深度处理制浆造纸废水中的效果明显，对难生化的有机污染物去除率较高。总的来说，对于诸如造纸、印染等难生物降解废水，生物活性炭工艺在深度处理中具有较好的应用前景。但其长时间使用后，会出现吸附饱和的现象，需要再生或更换，将会大大增加处理成本。

1.3 生物活性炭技术在焦化废水处理中的应用

焦化废水中含有大量的污染物，COD在1 000左右，氨氮高达几百到几千，氰化物0～10×10-6，硫化物几十×10-6，并且含有较多的芳香类化合物。而生物活性炭的降解和吸附作用可以有效地去除这些污染物。姚建华[12]等以经常规生化工艺处理后的焦化废水为研究对象，考察了臭氧—生物活性炭工艺深度处理焦化废水的效果和可行性。结果表明：该工艺用于焦化废水的深度处理是完全可行的。经臭氧氧化后，废水中的部分难生物降解有机物变得可被微生物降解，提高了废水的可生化性。使生物活性炭技术更容易去除焦化废水中的各类污染物质，令焦化废水达到国家标准后再进行排放。田颖[13]等人以焦化废水生化处理后出水为研究对象进行实验。对比“Fenton氧化+生物接触法+膜处理”和“臭氧+生物活性炭+膜处理”两套焦化废水深度处理方案。结果表明：先利用臭氧的强氧化作用将较难降解的有机物氧化成相对容易降解的有机物，再利用后续的活性炭滤池去除有机物及色度，最后再利用膜处理适度脱盐，是最具优势的实验方法。郭胜[14]等人以某焦化厂生化处理以后的出水为研究对象，考察了应用生物活性炭技术深度处理焦化厂生化处理后废水的实际情况。结果表明：投加不同量的活性炭，随着活性炭投加量的不断增加，色度和COD的去除率开始呈直线上升趋势当投加量到达4 g/L后，COD和色度的去除率开始不再上升。焦化厂生化后出水（COD为200 mg/L，色度为900度）经生物活性炭处理后，COD的含量降为46.9 mg/L，色度降至25.8度，达到国家工业再生水质标准。总的来说，焦化废水深度处理完全回用成本较高，目前完全实施较为困难。

1.4 生物活性炭技术在制革废水处理中的应用

制革废水主要来源于鞣前准备、鞣制和其他湿加工工段。污染最重的是脱脂废水、浸灰脱毛废水、铬鞣废水，这3种废水约占总废水量的50%，但却包含了绝大部分的污染物，各种污染物占其总量的质量分数为：CODcr80%、BOD575%、SS70%、硫化物93%、氯化钠50%、，铬化合物95%。余彬[15]等人以浙江省某制革园区污水处理厂的生化出水为研究对象，考察了臭氧氧化—生物活性炭滤池深度处理制革废水二级出水的实验成果。在最优的条件下，即在臭氧加入量为25 mg/L、氧化时间为25 min、生物活性炭滤池HRT为1 h时，处理后废水的平均COD 为51 mg/L，平均TOC为15.1 mg/L，平均UV254（波长254 nm处单位比色皿光程下的吸光度）为0.12，平均氨氮质量浓度为 0.51 mg/L，出水水质达到GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级B排放标准。王正法[16]等以福建某集控区皮革废水处理厂排水为研究对象，

研究了针对物化混凝+SBR二级处理后的制革废水。结果表明：采用ABFT+吸附混凝沉淀工艺进行深度处理，其中出水主要污染物的平均CODcr 133.8 mg/L、NH3-N 0.9 mg/L，平均去除率分别为71.7%和99.0%。总的来说，通过脱色方案比较，活性炭吸附混凝沉淀法去除色度效果显著，出水色度低于5倍。随着新型活性炭材料的不断研发、吸附技术的日趋成熟，活性炭吸附法也将更加广泛的应用于重金属废水的处理。

1.5 生物活性炭技术在炼油废水处理中的应用

炼油企业外排废水量较大，废水中污染物浓度较高，主要污染物包括悬浮物、有机物类等，废水处理日益受到关注。炼油废水的可生化性较低，且有机负荷较高，如果直接采用传统的生化法，不易取得稳定良好的处理效果，而固定化说生物活性炭技术可以较好地解决这些问题。丛俏[17]等以锦州市某石化公司的炼油废水为研究对象，采用混凝—砂滤—固定化生物活性炭技术处理炼油废水。结果表明，在混凝剂1%聚丙烯酰胺和FAPS投加量为1.0 mL/L和4 mL/L、砂滤滤速30 mL/min、滤层高度40 cm、固定化生物活性炭柱停留时间30 min、炭柱高度40 cm 的条件下，经混凝—砂滤—固定化生物活性炭技术处理后，各操作单元的浊度平均去除率分别为84.17%、96.36%、97.22%,COD 平均去除率分别为52.37%、62.13%、79.45%。该工艺对废水中的污染物质有很好的去除效果。总的来说，BAC通过活性炭与微生物的协同效果，加快了微生物对水中污染物的降解才能。生物活性炭是近年来发展起来的新技术，具有占地面积小、污染小、处理效果好、运行比较稳定、可连续运行等优点。但炼油废水中的污染物比重较大，因此，生物活性炭的处理效率还有待提高。

2 结 论

工业废水会造成有机需氧物质污染、化学毒物污染、无机固体悬浮物污染、重金属污染、酸污染、碱污染等等直接威胁人民群众的生命和健康。本文对近年来国内外工业废水的处理技术及现状进行了综述，笔者对该种处理技术提出如下建议：

（1）对于相关操作流程应加强生物炭池的操作管理，加强反冲洗并控制其强度，以防止活性炭流失，运转时保证连续曝气；

（2）加强研究增加活性炭寿命的措施，以降低使用成本；

（3）实验研制低粉尘的活性炭粉沫。

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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

胡顺莹（1993-），女，辽宁省抚顺市人，辽宁石油化工大学环境科学专业，研究方向：环境科学。E-mail：503831660@qq.com。

施岩（1977-），男，博士研究生，讲师，研究方向：化工工艺。E-mail：309762528@qq.com。