活性炭吸附法处理黏胶生化废水的研究

赵敬民，范宝恒

活性炭吸附法处理黏胶生化废水的研究

赵敬民1，范宝恒2

（1. 唐山三友集团有限公司，河北 唐山 063305；2. 唐山三友远达纤维有限公司，河北 唐山 063305）

黏胶废水经生化处理后COD仍不能满足后续膜法处理的要求，为此选取煤质炭和再生椰壳炭进行吸附处理。结果表明，再生颗粒椰壳活性炭可将经混凝或砂滤后的黏胶生化废水（pH值为6.8～7.5，水温为27 ℃～33 ℃，COD＜270 mg·L-1）COD降低至50 mg·L-1以下，可以满足后续膜法处理制中水的要求。

活性炭吸附；COD去除；黏胶废水

目前国内去除COD主要有混凝沉淀、砂滤等物理方法，臭氧、芬顿、电解等高级氧化法，以及活性污泥等生物处理方法。混凝沉淀、砂滤等物理方法对难降解大链有机物去除效果不理想，高级氧化法运行成本偏高，芬顿、电解等工艺会产生污泥，从而造成二次污染，导致处置成本增加[1-5]。本文研究的黏胶行业废水经过物理沉降与好氧生物相结合的工艺处理，废水中大部分有机物已被降解，好氧生物处理后COD可降至100～ 380 mg·L-1，考虑后续通过膜法工艺进行中水回用，COD仍偏高。活性炭吸附法适用于各种难生化降解工业废水的COD去除，无需投加任何药物，整个过程不产生污泥等二次污染物。本文对活性炭吸附法[6]去除化纤深度生化处理废水COD做进一步研究。

活性炭主要对相对分子质量小于3 000，尤其是500～ 1 000的有机物吸附作用较强，一般情况下，活性炭颗粒越小，过滤面积越大，吸附效果越好，并且在使用中活性炭对水量、水质、水温变化适应性较强[7]。

本文选用了两种活性炭，即煤质活性炭与椰壳活性炭。煤质活性炭采用的原材料为优质无烟煤，经炭化→冷却→活化→洗刷等一系列工序研制而成。椰壳活性炭采用的原材料为优质椰子，具有孔隙发达、吸附功能好、强度高、易新生、经济耐用等优势。目前活性炭再生工艺较为成熟[8]，可极大减少消耗，降低整体运行成本。

1 试验过程

1.1 活性炭吸附试验流程

活性炭柱底部装填砾石和活性炭，用清水反冲洗清除粉炭后放空活性炭柱内存水。通过进水泵将废水提升至活性炭柱，在重力的作用下废水经过活性炭层进行吸附处理，可通过流量调节阀门调整进水流量，出水进入清水箱作为活性炭柱反洗水。反洗通过反冲洗水泵大流量由下而上冲洗，反洗排水就近排入污水井。

图1 活性炭吸附试验流程

试验过程中，炭层吸附时间2～3 h，进水流量取10～20 L·h-1条件下进行，进水为好氧生化出水经混凝、砂滤处理后的废水，pH值6.8～7.5，水温27 ℃～33 ℃，试验现场为户外非封闭式，恶劣天气会对出水COD造成一定影响。

1.2 活性炭吸附试验装置图

表1 设备及材料表

图2 活性炭吸附试验装置图

1.3 试验用活性炭对比

试验用煤质炭为市面普通破碎不规则活性炭，再生椰壳炭为其他工序淘汰椰壳活性炭二次利用，两种活性炭在活性炭柱内装填高度一致，其它装填参数如表2所示。

煤质炭的粒径1.0～8.0 mm，磨损强度>92%，参考碘值600，表面有一些不均匀小孔，二次孔壁有很多更小不均匀小孔；再生椰壳炭的粒径1.0～3.0 mm，磨损强度>97%，参考碘值1 000，表面有很多比较均匀小孔，在缺陷与表面交接的位置孔结构更为丰富。

表2 试验用颗粒碳装填参数

图3 试验用颗粒碳外观对比

2 结果与讨论

试验分别从长时间静置吸附、短时间连续吸附、长时间连续吸附三方面进行研究，对比两种试验用颗粒活性炭处理COD的能力差别。正常工业化应用中活性炭柱每天需反洗一次，借助水流的剪切力和颗粒的碰撞摩擦力清洗炭层使污染物脱离并随反洗水排出，从而保证活性炭吸附的效果，因试验进水流量偏低，炭层停留时间已超过工业化应用炭层停留时间，试验过程中运行时间超过24 h时未安排反洗，单一试验结束进行反洗操作。

2.1 长时间静置吸附试验对比

活性炭柱内装填试验用炭后用水冲洗炭沫后放空活性炭柱，静置18 h后20 L·h-1流量进水约3 h，试验设备出水约0.5 h后停止进水，保持静置，一定时间后检测出水COD，结果如表3所示。

表3 长时间静置吸附COD去除情况对比

由表3可知，煤质炭及再生椰壳炭吸附去除COD有其极限值，再生椰壳炭吸附处理后出水COD下限值明显优于煤质炭，且再生椰壳炭吸附去除效果较稳定。煤质炭长时间静置吸附试验最高COD去除率75%，平均COD去除率71%，再生椰壳炭长时间静置吸附试验最高COD去除率80%，平均COD去除率79.5%。在保证吸附时间足够长时煤质炭吸附处理COD最低降低至88 mg·L-1左右，再生椰壳炭吸附处理COD最低降低至75 mg·L-1左右。作为膜法处理工艺的进水，这两种水质仍不理想。

2.2 6 h连续吸附对比试验

活性炭柱内试验用炭用清水冲洗炭沫后放空活性炭柱，静置18 h后保持一定流量进水，设备出水1 h、2 h、3 h、4 h、6 h分别取样检测COD，改变进水流量，COD变化情况如表4所示。

由表4可知，随吸附时间延长出水COD逐渐升高，过水流量降低时出水COD上升趋势放缓明显，同等过水流量时再生椰壳炭吸附处理去除COD效果好于煤质炭。20 L·h-1过水流量时煤质炭COD去除率最高至63.4%，再生椰壳炭COD去除率最高至67.8%。10 L·h-1过水流量时煤质炭COD去除率最高至71%，再生椰壳炭COD去除率最高至71.6%。20 L·h-1过水流量试验时出水已基本稳定，10 L·h-1过水流量试验时出水COD一直呈上升趋势，不能代表其有效去除能力。连续进水试验中两种颗粒活性炭COD去除率均达不到长时间静置吸附处理水平，作为膜法处理工艺的进水，这两种处理水水质亦不理想。

表4 6 h连续吸附试验COD去除情况对比

2.3 47 h连续吸附对比试验

2.3.1 一级处理效果对比

活性炭柱内试验用炭用水冲洗炭沫后放空活性炭柱，静置18 h后保持15 L·h-1流量持续进水47 h，设备出水间断取样检测COD，结果如表5所示。

由表5可知，两种颗粒活性炭吸附处理在出水15 h左右趋于稳定，进水COD降低最终COD去除率也相应降低，再生椰壳炭处理COD去除效果仍优于煤质炭处理效果。同等进水流量时进水COD在380 mg·L-1左右时，煤质炭吸附处理COD降低至93 mg·L-1左右，COD去除率约75.9%，再生椰壳炭处理COD降低至83 mg·L-1左右，COD去除率约78.3%。进水COD在270 mg·L-1左右时，煤质炭吸附处理COD降低至82 mg·L-1左右，COD去除率约69.6%；再生椰壳炭处理COD降低至47 mg·L-1左右，COD去除率约83%。

表5 47 h连续吸附试验COD去除情况对比

3.3.2 二级处理效果对比

将一级处理的出水收集至洁净干燥的桶内作为第二级进水，二级操作过程如一级操作，第二级出水COD如表6所示。

表6 颗粒活性炭串联吸附处理COD变化情况

由表6可知，两种颗粒活性炭吸附处理进水来自一级出水，COD较低，再生椰壳炭处理COD去除效果仍优于煤质炭。煤质炭吸附出水COD降低至69.2 mg·L-1左右，COD去除率约15.8%；再生椰壳炭处理COD降低至29.8 mg·L-1左右，COD去除率约34.5%。

3 结论

试验用煤质炭与再生椰壳炭作对比，煤质炭表面有一些不均匀小孔，二次孔壁有很多更小不均匀小孔；再生椰壳炭微孔均匀、过滤面积大、污水停留时间短，再生椰壳炭处理污水出水COD较低。以COD＜50 mg·L-1为标准判断废水是否满足进入膜法系统要求，在活性炭吸附系统进水pH值6.8～7.5，水温27 ℃～33 ℃，COD＜270 mg·L-1时，再生椰壳炭吸附处理在保证足够吸附时间时能够满足后续膜处理要求。好氧生化系统负荷正常时COD可降低至270 mg·L-1以下，在此基础上采用活性炭吸附工艺可作为一种处理化纤深度生化废水COD的可行技术思路。

[1] 沈耀良,孙立柱,王德兴,等.混凝沉淀工艺深度处理污水厂二级出水的混凝剂优化[J].中国给水排水,2007,23(23): 56-58.

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[8] 兰淑澄.活性炭在环境保护中的应用第四讲活性炭再生方法及再生装置(二)[J].环境保护,1977(4):44-48.

Treating Biochemical Viscose Wastewater by Activated Carbon Adsorption

ZHAO Jing-min1, FAN Bao-heng2

(1.Tangshan Sanyou Group Co. Ltd., Tangshan 063305, China; 2. Tangshan Sanyou Yuanda Fibre Co.,Ltd., Tangshan 063305, China)

After biochemical treatment, the COD of viscose wastewater still can not meet the COD requirements of subsequent membrane treatment. Therefore, coal carbon and regenerated coconut shell carbon were selected for adsorption treatment. The results showed that regenerated coconut shell activated carbon can reduce COD of viscose wastewater after coagulation or sand filtration (pH 6.0～7.5, temperature 27～33℃, COD＜270 mg·L-1) to less than 50 mg·L-1, which could meet the COD requirement of subsequent membrane treatment.

activated carbon adsorption; COD removal; viscose wastewater

TQ340.9

A

1009-9115(2021)06-0025-04

10.3969/j.issn.1009-9115.2021.06.007

2021-10-09

2021-10-29

赵敬民（1970-），男，河北唐山人，化学工程师，研究方向为化工生产工程技术。

（责任编辑、校对：琚行松）