生物活性炭深度处理化工类废水的实验研究

李 锋

(运城市环境保护监测站，山西 运城 044000)

生物活性炭深度处理化工类废水的实验研究

李 锋

(运城市环境保护监测站，山西 运城 044000)

作为一种新的污水处理工艺，生物活性炭技术具有操作简单、经济可靠等优点，在污水深度处理中有着良好的应用前景。以某污水处理厂处理过的化工废水为研究对象，采用生物活性炭工艺对其进行深度处理，以获得化工类废水深度处理的新途径。结果表明，化工类废水经过生物活性炭技术深度处理后，COD的去除率可达40%左右，氨氮的去除率可达60%左右，工艺出水可达到地表水环境质量标准。

生物活性炭；深度处理；化工类废水；吸附作用；生化降解

水是生命之基础，是世界上最可贵的自然资源。国内外大量研究指出，水是人类和一切生物赖以生存及繁衍生息的必要条件，不可被其他任何东西所替代。然而，随着现代工业的不断进步及人类的快速发展，大量的水资源被污染，致使多国和地区能为人所利用的水资源越来越少，相继出现了“水资源危机”。化工废水的大量排放，更是严重影响了工农业生产，危害了人类健康。一般而言，化工废水具有水质成分复杂、废水中污染物含量高、有毒有害物质多、生物难降解物质多、废水色度高、有毒和刺激性大、恢复比较困难等特点。基于化工废水的危害性及其典型特点，近年来，国内外大量学者对其的处理及回收利用作了广泛的研究，主要包括物理处理法、化学处理法、物理化学法和生物处理法4大类。例如，韦朝海(2012)对煤化工中焦化废水的污染、控制原理与技术应用作了具体研究。研究认为，焦化废水的处理应系统考虑废水的成分特征，根据不同污染物的性质提出相适应的去除原理[1]。王香莲等(2014)综述了煤化工废水的处理现状及存在的主要问题。指出，针对性预处理在煤化工废水治理方面至关重要[2]。

20世纪70年代末，去除水中有机污染物的一种新工艺——生物活性炭技术的研究与出现为印染、煤及石油化工等化工废水的预处理及深度处理提供了新的思路。生物活性炭技术(BAC)的实质是，基于活性炭发达的孔隙结构和巨大的比表面积，在活性炭上固定微生物，利用微生物对污染物的生化降解作用，延长活性炭的使用寿命，提高对废水中有机污染物的去除效率。王小蓉等(2010)对生物活性炭技术在废水处理中的应用作了研究，指出了生物活性炭技术的现存问题，并提出了改进措施[3]。赖波等(2012)研究表明，生物活性炭系统比空白活性炭处理系统对污水有更好的处理效果，生物活性炭系统中存在的生物再生作用，使其长期保持高效的吸附能力[4]。

基于以上研究，本实验拟采用生物活性炭法对某污水处理厂的化工废水进行深度处理。

1 实验部分

1.1 实验用水

本次实验用水来自山西某污水处理厂处理过的化工废水，此污水处理厂采用A2/O活性污泥法，其处理后的水质指标详见第142页表1。

表1 实验废水主要水质指标

1.2 检测指标及分析方法

本实验主要检测指标有COD、氨氮质量浓度、实验水温和pH值，其分析方法分别为重铬酸钾标准方法、纳氏试剂分光光度计法、温度计测试法和pHS-25型酸度计法。

1.3 实验装置及设备

本次实验采用有机玻璃生物活性炭反应器，高度100 cm、内径6 cm，反应器内部填充60 cm厚活性炭。用泵将进水引入有机玻璃反应器中，进水经炭层作用，从出口出水，即采用上流向运行方式。实验采用了活性炭、生物挂膜及生物活性炭3种处理措施，以作对比。实验装置图如图1所示。

图1 生物活性炭装置示意图

1.4 实验方法

通过测定进、出水水质指标状况，研究生物活性炭技术深度处理化工类废水的运行效果，并将其运行效果与传统的活性炭物理吸附法及生物膜法进行比较。

2 结果与讨论

2.1 进、出水COD变化及去除率

对本实验设备安装和调试完成后，反应器对化工类废水进行连续15 d的曝气挂膜。运行期间，水温保持18 ℃～25 ℃，水量保持在70 L/h，停留时间为10 min。每天上午10:00左右取样分析，期间的COD值变化如图2所示。

如图2所示，进水经过生物活性炭装置处理后，COD值有明显降低的趋势。具体来看，工艺运行第1 d，COD有较一定的去除率，而在第2 d～第3 d，COD去除率相对较低；随着时间的推移，COD去除率又有明显升高的趋势。分析认为，运行开始阶段，活性炭因其巨大的比表面积和吸附性，将废水中有机物质和活性污泥吸附于表面和内部孔隙，较多地去除了废水中的COD，而在此阶段微生物还未发挥其应有的作用。然而，第2 d～第3 d，活性炭的吸附趋于饱和，而微生物数量又较少，活性亦不强，致使水中COD的去除率较低，基本达不到去除COD的效果。之后，随着时间的推移，工艺系统中微生物因适应了新的环境，也具备了充足的生长条件而大量繁殖，活性增强，对废水中COD有了较好的去除效果，可达到40%左右。亦即，运行开始起主要作用的是活性炭的吸附作用，然后是微生物的降解作用。

图2 运行期间进、出水COD值变化

2.2 进、出水氨氮变化及去除率

同样条件下对此工艺系统进行运行，每天上午10:00左右取样分析，期间的氨氮质量浓度变化如图3所示。

图3 运行期间进、出水氨氮质量浓度变化

如图3所示，进水经过生物活性炭装置处理后，氨氮的质量浓度也有明显降低的趋势。具体为，开始的前6 d内，氨氮的去除效果并不明显；第7 d开始，生物活性炭装置对氨氮有较好的去除效果。分析认为，硝化细菌向活性炭表面输送和可逆附着需要一段过程，硝化菌对外部环境的适应也需要一定的时间，只有确定的硝化菌性质和环境条件，才可使生物活性炭系统处于正常运行状态。即，一般以氨氮去除效果的相对稳定作为判断生物活性炭系统正常运行的依据。正常运行条件下，氨氮的去除率较高，可达到60%左右。因此，生物活性炭系统从开始运行到处于正常运行状态可能需要1周左右的时间。

3 生物活性炭技术与传统工艺效果比较

在实验水温18 ℃～35 ℃、pH=7.34～7.58的条件下，分别考察生物活性炭与传统活性炭及生物膜法对化工类废水深度处理的效果，结果如图4所示。

图4 不同处理方法的处理效果对比

由图4可知，传统活性炭、生物膜法及生物活性炭技术对此废水的COD去除率分别为22%、25%和40%左右，氨氮去除率分别为39%、43%和60%左右，生物活性炭技术对化工类废水的深度处理明显优于传统活性炭法及纯生物膜法。因为生物活性炭技术结合了活性炭物理吸附法与生物降解法的双重优势，其处理水的过程涉及活性炭颗粒、微生物、水中污染物及溶解氧4个因素在水溶液中的相互作用[5-6]，可以保证出水水质的稳定排放。

4 结论与展望

现代工业的飞速发展，造成化工类废水的大量排放，已经严重威胁了人类的生活安全。生物活性炭技术在国内外水处理领域得到了广泛应用，并取得了较好的成果。通过本实验可知，生物活性炭工艺对化工类废水的深度处理有较理想的处理效果，

其结合了传统活性炭法及纯生物膜法处理废水的双重优势，对山西某污水处理站处理废水的COD去除率可达40%左右，氨氮的去除率可达60%左右，深度处理结果明显优于传统活性炭法及纯生物膜法，非常值得推广。

由于时间和条件的限制，本实验尚未进行不同温度、不同pH值及不同流向运行方式等条件下生物活性炭处理化工类废水进行研究，下一步应加强此方面的研究，并对其进行系统的对比分析，为污水站化工类废水的深度处理作参考和借鉴，以提高污水废水的处理水平。

[1] 韦朝海.煤化工中焦化废水的污染、控制原理与技术应用[J].环境化学，2012,31(10):1465-1472.

[2] 王香莲，湛含辉，刘浩.煤化工废水处理现状及发展方向[J].现代化工，2014,34(3):1-4.

[3] 王小蓉，郝广平，李文翠.生物活性炭技术在水处理中的研究与应用[J].化工进展，2010,29(5):932-937.

[4] 赖波，周岳溪，杨平.生物活性炭法处理ABS树脂生产废水[J].中国环境科学，2012,32(2):254-259.

[5] 武福平，齐海英，丁俊宏，等.活性炭石英砂生物过滤处理微污染窖水的挂膜试验研究[J].水处理技术，2011,37(7):70-72.

[6] 兰淑澄.生物活性炭技术在污水处理中的应用[J].给水排水，2002,28(12):1-5.

Experimental study on advanced treatment of chemical wastewater by biological activated carbon

LI Feng

(Yuncheng Environmental Protection Monitoring Station, Yuncheng Shanxi 044000, China)

As a new sewage treatment technology, biological activated carbon technology has the advantages of simple operation, economic reliability, and it has a good application prospect in wastewater treatment. In this experiment, taking chemical wastewater treated in sewage treatment plant as the research object, using biological activated carbon process to conduct advanced treatment, a new way of chemical wastewater treatment is obtained. The results show that after the advanced treatment of chemical wastewater by biological activated carbon technology, the COD removal rate can reach about 40%,and ammonia nitrogen removal rate is about 60%. And the effluent can reach environmental quality standard of surface water.

biological activated carbon; advanced treatment; chemical wastewater; adsorption; biochemical degradation

2016-12-29

李 锋，男，1969年出生，1990年毕业于山西矿业学院，高级工程师，主要从事环境监测、环境保护等方面研究工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.48

X703

A

1004-7050(2017)02-0141-03

环境保护