活性炭吸附零排放废水有机物的中试工艺研究

武思拓，刘晓晶

(陕西省石油化工研究设计院，陕西 西安 710054)

有机物是我国水污染控制的主要指标之一，有机物的含量大小直接影响反渗透工艺的运行效率和处理成本，去除有机物是多级反渗透(RO)工艺不可或缺的预处理单元[1]。本项目为某园区废水零排放项目的活性炭吸附工艺单元，吸附进水为两级反渗透RO2浓排水，其水质特点为：高盐、高氯离子、高不可生化有机物(有机物≥500 mg/L，B/C不到 0.1)。处理后出水要求COD≤115 mg/L，以便进入下一个工艺单元进一步处理。活性炭吸附工艺，以往多用于给水行业，很少用于大规模工业废水的处理，但在零排放废水处理中，有机物的脱除非常重要，直接影响后续处理工艺的稳定运行[2-3]。因此，有必要对活性炭吸附零排放废水有机物进行中试工艺研究，以指导工程运用。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

某煤化工废水(两极反渗透RO2浓排水)，水质见表1；活性炭，碘值为700，900，1 000 mg/g；重铬酸钾、乙二胺四乙酸、硫酸汞、浓硫酸(98%)、硫酸银等均为分析纯。

表1 进水水质

PB-10酸度计。

1.2 实验方法

吸附装置工艺流程见图1。

图1 吸附装置流程图

原水在原水箱进行缓冲后，用计量泵打入一级碳柱进行吸附，一级吸附产水全部进入二级碳柱进行二级吸附，其产水进入反洗水箱。

一级吸附实验装置(无二级部分，其余相同)。活性炭柱直径300 mm，高1 600 mm，装碘值1 000 mg/g柱状活性炭22 kg(体积45 L，进水0.75 L/min，吸附负荷0.04 L/(L·min)，每天取样，测量COD、吸附容量，运行16 d。产品水及外排水水质要求见表2。

表2 产品水及外排水水质要求

1.3 COD测定方法

COD采用重铬酸钾法进行测定[4]。

2 结果与讨论

2.1 活性炭选择

一级吸附实验，共三个实验碳柱，分别装碘值700，900，1 000 mg/g，三种柱状活性炭22 kg(体积45 L)，结果见图2、图3。

图2 活性炭对COD的影响

图3 1 000碘值碳累计吸附容量

由图2、图3可知，运行至14 d，700碘值碳及900碘值碳进、出水COD已近相同，停止进水。1 000碘值碳尚有效果，继续实验，运行至16 d，进、出水的COD也基本一样，达到吸附饱和点，吸附容量为18.7%，累计吸附容量为4 121.2 mg/g，有机物去除效果较其它两种碳高15%～20%。此外，磨损强度、漂浮率及粉末等性能参数也较好。故选用碘值1 000 mg/g活性炭进行后续实验。

2.2 一级活性炭吸附性能中试研究

一级吸附实验采用一个实验碳柱，装碘值1 000 mg/g柱状活性炭25 kg(体积45 L)，实验进水1.8 L/min，吸附负荷0.04 L/(L·min)，结果见图4、图5。

由图4、图5可知，运行至11 d，1 000碳的进、出水COD已近相同，达到吸附饱和点，吸附容量为17.9%，累计吸附容量为4 479.0 mg/g。

图4 一级吸附进出水COD趋势线

图5 一级活性炭累计吸附容量

2.3 两级活性炭吸附性能中试研究

装置为串联二级吸附中试装置，装碘值1 000 mg/g柱状活性炭，一、二级装碳量32 kg(体积70.7 L)。一级碳柱进水设定为0.7 L/min，一级出水全部重新进入二级，吸附负荷0.003 L/(L·min)，结果见图6、图7。

图6 两级吸附进出水COD趋势线

图7 两级吸附一、二级碳柱吸附容量

由图6、图7可知，两级吸附实验二级平均出水COD为110 mg/L时，累计吸附容量仅为6.33%。反之，当处理出水有机物要求低时，如本实验两级吸附的第一级，平均出水COD为276 mg/L，活性炭的累计吸附容量可达到饱和的18.07%。利用这一特性可使活性炭的吸附性能发挥到最大。当活性炭吸附处理高浓度有机物废水时，可分两级或多级。运行时，只换一级的饱和活性炭；将未饱和的二级碳柱改为一级，使其继续运行至饱和。这样，新装的再生碳或新碳始终为二级吸附，可保证二级出水有机物一直为高标准。

采用活性炭吸附去除有机物，出水水质取决于吸附时间及选用活性炭的吸附速率。同一种活性炭，吸附速率和吸附进水与有机物浓度有关，高有机物浓度吸附速率大，低有机物浓度吸附速率小。本次两级吸附中试，一级吸附进水COD为476 mg/L，吸附速率为2.8 mg/(L·min)。二级吸附进水COD为200 mg/L，虽吸附时间相同，而二级实际平均吸附速率仅为0.93 mg/(L·min)，和一级相差很大。一级累计吸附容量达18%(接近饱和)时，二级平均出水COD为114 mg/L。

2.4 二级出水水质分析

采用一、二级吸附柱中装填煤质柱状活性炭处理某煤化工废水，其出水水质见表3。

表3 二级出水水质分析

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

3 结论

(1)在相同条件下，1 000碘值碳的有机物去除效果较好。此外，磨损强度、漂浮率及粉末等性能参数也较好。

(2)根据吸附中试实验，本柱状活性炭的饱和累计吸附容量为18%～19% 。由一级吸附实验趋势线可看出，当累计吸附容量达18%以后，出水过程线出现拐点，出水COD快速接近进水。

(3)二级吸附中试装置装碳量32 kg(体积70.7 L)，一级碳柱进水设定为0.7 L/min，一级出水全部重新进入二级。一级吸附进水COD为476 mg/L，吸附速率为2.8 mg/(L·min)。二级吸附进水COD为200 mg/L，虽吸附时间相同，而二级实际平均吸附速率仅为0.93 mg/(L·min)。一级累计吸附容量达18%(接近饱和)时，二级平均出水COD为114 mg/L。