生物活性炭对污水厂尾水处理效果的试验研究

摘  要：采用生物活性炭对污水厂尾水进行深度处理，研究不同活性炭剂量和吸附时间对尾水中TP、COD、NH3-N等指标的去除效果。结果显示：检测指标的去除率随生物炭剂量增加而加大，且活性炭剂量越高，去除率增长速度越小。总磷、化学需氧量和氨态氮的含量随吸附时间的逐渐延长，去除效果有所提高，但时间过长，会使得吸附于生物活性炭中的杂质在扰动水流作用下重新回到溶液中，导致检测指标的含量有略微增加。

关键词：生物活性炭  污水尾水  TP  COD  NH3-N

中图分类号：X703                                  文献标识码：A                          文章编号：1672-3791（2019）04（a）-0075-02

据调查显示，城市污水处理系统不够完善，大量的污水处理厂排出的水仍然不能达到国家的排放标准，水环境污染问题仍是一大难题。对污水厂的尾水做进一步处理，完善城市污水处理系统是非常有必要的。生物活性炭具有巨大的比表面积和发达的孔隙结构，对水中有机物和溶解氧具有优异的吸附性能，能够很好地净化水资源。

相关学者对此已经做了大量研究，金鑫[1]利用天然沸石和活性炭处理污水厂尾水，以COD、TP、NH3-N为衡量指标，确定两种填料能有效提高污水排放质量。李云鹏[2]利用活性炭和土壤组合渗滤系统处理污水，确认该方法能有效解决“水质污染”型缺水问题。吴昊[3]对生物活性炭技术原理进行了分析，然后对生物活性炭对污水再生回用处理措施进行了探讨，取得了良好的处理效果。王利颖[4]采用生物活性炭（BAC）过滤技术深度处理污水二级出水，分析了该技术对二级出水有机物（EfOM）的去除效果及对EfOM分子量分布、荧光特性的影响。贾鼎[5]分析了臭氧氧化时间和生物活性炭的吸附时间，分别对比了CODMn、NH3-N、色度和浊度的去除效果。确定生物活性炭工艺是一种经济可靠的污水处理工艺，该方法使最终处理后的水能达到地表水环境质量标准的Ⅳ类，甚至是接近Ⅲ类地表水环境质量标准。杨小丽[7]等自行设计研发了以活性炭海綿作为膜基材的动态膜生物反应器，为污水处理的提标排放及资源化利用提供了科学依据。试验结果表明活性炭的吸附性能和海绵的空间结构特征协同作用强化了系统对污染物的去除效果，活性炭海绵动态膜生物反应器可完全取代现有污水厂深度处理工艺应用于提标改造。

该文在已有的研究成果上，进一步测试污水经污水厂处理后经活性炭吸附水样的污染杂质含量的变化情况，分析活性炭剂量和吸附时间对污水厂尾水的净化效果。

1  试验材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验水样

该试验的水样取自湖南省某城市污水处理厂尾水，该污水厂采用的是当前最为广泛使用的活性污泥法，它能够从污水中除去溶解性的和胶体状的可生化的有机物以及一些能被活性污泥所吸附的悬浮性固体和其他物质，而且同时也能够去除一部分氮磷。其工艺流程如图1，取出水系统的水样进行主要检测指标测试，其初始指标见表1。

1.1.2 生物活性炭

生物活性炭是某市面上能容易获取的，该材料以粒状活性炭为载体，通过富集或人工固定化微生物，在活性炭外表构成生物膜，使用活性炭的吸附效果和生物膜的生物降解效果来去掉污染物。生物膜通过生物降解活性炭吸附的有些污染物而再生计性炭，然后大大延伸活性炭的效果周期。

1.2 试验方法

该试验采用静态操法吸附尾水杂质，将粉末活性炭投入水中不断搅拌，靠活性炭的吸附性能和活性炭表面形成的生物膜降解有机物质，当生物活性炭达到吸附平衡时，再用沉淀或过滤的方法使炭水分离，其后在采用钮锑抗试剂分光广度法、重铬酸钾法和钠氏试剂分光光度法对水样中总磷、化学需氧量和氨态氮的含量进行检测，以此评价生物炭对尾水水样的处理效果。具体试验方案如表2。

2  结果讨论与分析

2.1 生物活性炭剂量对尾水的处理效果

图2为生物活性炭剂量对检测指标总磷、化学需氧量和氨态氮含量的去除率的影响。可以明显地看出，生物活性炭能大幅度降低污水尾水中有害杂质的含量。活性炭能将污水厂尾水中TP的含量降低20%～45%，且生物炭剂量越高，去除效果更明显。尾水中的COD含量能最高能降低85%，使得污水排放能达到一级A标准排放。其原因在于污水厂尾水中COD主要成分为不可生化有机物等， 活性炭作为吸附剂有效截留了该部分有机物。较比之下，活性炭对NH3-N含量的去除能力相对较低，但去除率仍有13%～31%，且随生物炭的剂量增加而增大。主要是由于当活性炭对NH3-N的吸附能力低于吸附TP和COD，生物活性炭的比表面积和内部孔隙是有限的，并且内部孔隙中较小的孔隙对污水杂质不具有吸附性能，所以吸附较多的总磷、化学需氧量过后，内部孔隙接近饱和，所以对氨氮的去除效果不明显。

2.2 吸附时间对尾水的处理效果

图3为生物炭吸附时间对尾水检测指标去除率的影响规律，选取生物炭剂量为2g和5g为分析对象。由图3可知，检测指标的去除率随时间的延长而增大，且增大效果逐渐降低。在10～30min，活性炭对各检测指标的吸附效果呈近似直线增加，30min过后，检测指标的去除率增长速度放缓，吸附能力逐渐降低。其主要原因在于活性炭的吸附效果主要依赖于其自身极大的比表面积、孔容积和自身颗粒性质，在活性炭掺入初期吸附有机体快速填充孔隙，使得活性内部孔隙逐渐趋近饱和，能容纳污水杂质的空间极为有限，并且水样中各检测指标的含量降低，进入生物活性炭孔隙的概率下降，所以时间越长，吸附效果越低。

3  结语

生物活性炭能有效去除污水尾水中TP、COD、NH3-N。检测指标的去除量与生物炭剂量和吸附时间有关，剂量越高，时间越长，去除效果越好，但吸附率与剂量和时间呈非线性关系，吸附效果逐渐降低。活性炭对TP、COD的去除率较NH3-N更好，这主要取决于生物活性炭的性质。

参考文献

[1] 金星，庞博文，于鹏飞，等.天然沸石/活性炭处理污水厂尾水试验研究[J].辽宁化工，2018，47（9）：869-871.

[2] 李云鹏，王凯旋，陈志，等.活性炭和土壤组合渗滤系统处理污水效果的研究[J].中国资源综合利用，2018，36（8）：1-5.

[3] 吴昊.生物活性炭对污水再生回用深度处理研究[J].低碳世界，2018（5）：7-8.

[4] 王利颖，刘建红，王保贵，等.生物活性炭过滤对污水二级出水的深度处理效能研究[J].环境污染与防治，2015，37（8）：31-38.

[5] 贾鼎，高媛媛，牛志远，等.生物氧化臭氧活性炭联用工艺处理微染污水[J].水处理技术，2016，42（11）：73-77.

[6] 杨小丽，洪凯，张雷，等.活性炭海绵动态膜生物反应器用于污水处理提标改造中试研究[J].土木建筑与环境工程，2014，36（2）：89-93

.①作者简介：王丹（1983，10—），女，汉族，河南驻马店人，硕士，中级工程师，研究方向：水处理研究，水处理工艺设计。