摘要：本文介紹了粉末活性炭的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)及其在廢水處理中的應(yīng)用，論述了粉末活性炭作為吸附劑投加于接觸氧化池中的廢水處理特點(diǎn)。并結(jié)合印染廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，采用水解酸化+粉末活性炭-接觸氧化法工藝進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明印染廢水出水CODcr365mg/L，SS290mg/L，色度80，pH7~8，基本達(dá)到三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

引言

長(zhǎng)期以來(lái)，印染廢水因其水量大、有機(jī)污染物含量高、色度深、堿性大及水質(zhì)變化大等特點(diǎn)，一直是國(guó)內(nèi)外難處理的工業(yè)廢水之一。特別是近年來(lái)化學(xué)纖維織物的發(fā)展，仿真絲的興起和印染后整理技術(shù)的進(jìn)步，使PVA漿料、人造絲堿解物(主要是鄰苯二甲酸類(lèi)物質(zhì))、新型助劑等難生物降解有機(jī)物大量進(jìn)入印染廢水，其CODcr濃度大幅上升，從而使原有的生物處理系統(tǒng)CODcr去除率從70%下降到50%左右，甚至更低。傳統(tǒng)的生物處理工藝已受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)；傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀和氣浮法對(duì)印染廢水的CODcr去除率也僅為30%左右。因此研究開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的印染廢水處理技術(shù)成為當(dāng)今環(huán)保界的一個(gè)重要課題。

1、粉末活性炭在廢水處理中的應(yīng)用

1.1、粉末活性炭

粉末活性炭屬無(wú)定型炭，由許多呈石墨型的層狀結(jié)構(gòu)的微晶不規(guī)則地結(jié)合而成，具有結(jié)晶缺陷。這種特殊結(jié)構(gòu)使粉末活性炭不僅具有吸附能力，而且還起到催化作用和作為生物載體。粉末活性炭?jī)?nèi)部有無(wú)數(shù)細(xì)微孔隙縱橫相通，其孔徑為1×10^-10~1×10^-6μm，特別是1×10^-10~1×10^-9μm的微孔居多，使活性炭具有大的比表面積（可達(dá)1000m²/g）。這些物理特性也是活性炭具有強(qiáng)大吸附能力的原因之一。

1.2、粉末活性炭在廢水處理中應(yīng)用

普通活性污泥法在污水處理領(lǐng)域應(yīng)用較早并也得到了廣泛的應(yīng)用，但因溶解氧控制過(guò)高或過(guò)低、營(yíng)養(yǎng)不均衡或設(shè)計(jì)負(fù)荷過(guò)高或過(guò)低經(jīng)常容易導(dǎo)致活性污泥膨脹問(wèn)題，而且一直沒(méi)有有效地解決方法。國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家針對(duì)其缺點(diǎn)開(kāi)發(fā)出了各種改進(jìn)型的活性污泥工藝如SBR、CASS、接觸氧化、生物選擇器等。但單純的生物處理技術(shù)已不能滿足污染成分越來(lái)越復(fù)雜的印染廢水的處理，特別是對(duì)印染廢水色度處理的要求。所以，來(lái)源廣泛且容易再生，能反復(fù)利用的粉末活性炭（PAC）得到廣泛應(yīng)用。由于粉末活性炭屬于無(wú)定型炭，由許多呈石墨型的層狀結(jié)構(gòu)的微晶不規(guī)則地集合而成，具有結(jié)晶缺陷。這種特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使活性炭在水處理中不僅有吸附能力而且還起到催化作用。其強(qiáng)大的吸附能力和良好的機(jī)械強(qiáng)度使它不僅直接作為優(yōu)良的吸附劑應(yīng)用于水處理中，而且還可以與其他材料聯(lián)合應(yīng)用，作為生物載體。

2、印染廢水處理工藝

2.1、印染廢水處理原理

“厭氧水解酸化+粉末活性炭-生物接觸氧化”是在傳統(tǒng)活性污泥技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展、提高起來(lái)的，屬于生物膜法的一種。在水解酸化池中利用水解產(chǎn)酸菌迅速分解有機(jī)物的特性，將厭氧反應(yīng)控制在水解酸化階段，在酸化水解池中，厭氧或兼氧微生物在填充于酸化水解池內(nèi)的填料上形成一層生物膜，廢水流經(jīng)池內(nèi)的填料時(shí)，廢水中的有機(jī)物與生物膜接觸，在厭氧或兼氧微生物的作用下，大分子有機(jī)物污染物被分解為小分子有機(jī)污染物，不溶性有機(jī)污染物被分解為可溶性有機(jī)物，從而提高了廢水的可生化性，為下一步生物接觸氧化創(chuàng)造了良好的環(huán)境。在此過(guò)程中無(wú)須充氧，節(jié)省了大量動(dòng)力。

粉末活性炭-生物接觸氧化池也可稱(chēng)為投加粉末活性炭浸沒(méi)式生物濾池，該池內(nèi)設(shè)置了呈立體狀均布組合式填料，為微生物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的條件，填料上形成密集的生物群體，經(jīng)過(guò)充氧的廢水與長(zhǎng)滿生物膜的填料相接處時(shí)均勻的接受微生物的吸附和氧化，污染物得到迅速去除，由于填料下部均勻設(shè)置的曝氣管(頭) ，生物膜直接受到上升氣流的強(qiáng)烈攪動(dòng)，衰老的生物膜易于脫落，生物膜代謝快，保持較高的生物活性。均勻的填料對(duì)空氣也起著切割氣泡和再分配的作用，因而提高了氧的利用率。

粉末活性炭-生物接觸氧化法在運(yùn)行初期，少量的微生物附著于填料表面和粉末活性炭上，由于細(xì)菌的繁殖逐漸形成很薄的生物膜。在溶解氧和食物都充分的條件下，微生物的繁殖十分迅速，生物膜逐漸增厚。溶解氧和污水中的有機(jī)物憑借擴(kuò)散作用，為微生物所利用。但當(dāng)生物膜達(dá)到一定厚度時(shí)，氧已無(wú)法向生物膜內(nèi)層和粉末活性炭?jī)?nèi)部擴(kuò)散，好氧菌死亡，而兼性細(xì)菌、厭氧菌在內(nèi)層開(kāi)始繁殖，形成厭氧層，利用死亡的好氧菌為基質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上不斷發(fā)展厭氧菌。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后在數(shù)量上開(kāi)始下降，加上代謝氣體產(chǎn)物的溢出，使內(nèi)層生物膜大塊脫落。在生物膜已脫落的表面上，新生的生物膜又重新發(fā)展起來(lái)。在粉末活性炭-接觸氧化池內(nèi)，由于粉末活性炭的比表面和填料表面積都較大，所以生物膜發(fā)展的每一個(gè)階段都是同時(shí)存在的，使去除有機(jī)物的能力穩(wěn)定在一定的水平上。

2.2、印染廢水水質(zhì)特征

印染產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量有毒有害廢水，其廢水主要來(lái)自坯布的煮煉、漂白、染色、水洗及整理等工序，污染元素主要由染料、漿料及助劑等組成，廢水中CODcr為5000mg/L、色度為2000、BOD為1200mg/L、SS為1200mg/L、pH為10~12.8；BOD/CODcr小于0.3，可生化性差。

2.3、印染廢水處理工藝確定

為了探求高效、低耗、投資省的印染廢水處理新技術(shù)，近年來(lái)在厭氧法與粉末活性炭-好氧法的結(jié)合方面進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，獲得了很大的成功。此時(shí)與粉末活性炭-好氧法結(jié)合的厭氧處理的水力停留時(shí)間（HRT）一般為8h左右。這一工藝流程的提出，主要是針對(duì)印染廢水中可生化性很差的一些高分子物質(zhì)，期望他們通過(guò)厭氧酸化、酸性發(fā)酵，變成較小的分子，從而改善廢水的可生化性，同時(shí)去除部分CODcr負(fù)荷，為好氧處理創(chuàng)造良好的水質(zhì)條件。

粉末活性炭-生物接觸氧化法是一種介于活性污泥法與生物濾池之間的生物膜法工藝，其特點(diǎn)是在池內(nèi)設(shè)置填料，池底曝氣對(duì)污水進(jìn)行充氧，并使池體內(nèi)污水處于流動(dòng)狀態(tài)，以保證污水與污水中的填料充分接觸反應(yīng)，同時(shí)粉末活性炭作為吸附劑投加于接觸氧化池中，將物理吸附和生物氧化法結(jié)合在一起，這將優(yōu)于單純的活性污泥法，通常對(duì)色度和難降解CODcr有較好效果。粉末活性炭-生物接觸氧化法一般會(huì)增加少量工程投資，但在以后的長(zhǎng)期運(yùn)行中可以完全避免活性污泥法常見(jiàn)的污泥膨脹現(xiàn)象，而且剩余污泥產(chǎn)量明顯少于活性污泥法，降低了污泥處理的費(fèi)用。

根據(jù)蠟印染廢水的水質(zhì)特點(diǎn)結(jié)合工業(yè)廢水處理的工程經(jīng)驗(yàn)，在選擇和確定本污水處理工藝時(shí)，側(cè)重考慮廢水以下幾個(gè)方面特征。

2.3.1、印染廢水中含有大量的松香、纖維雜物，嚴(yán)重影響生化處理效果，因此，須采取恰當(dāng)?shù)奈锘�處理單元進(jìn)行預(yù)處理。

2.3.2、印染廢水pH值較高，需要在物化處理單元加酸調(diào)節(jié)，為后續(xù)生化處理創(chuàng)造條件。同時(shí)印染廢水色度較高，在設(shè)計(jì)工藝時(shí)，需要考慮脫色工序。

2.3.3、蠟染廢水N和P含量偏低，廢水的可生化性差，在菌種的馴化過(guò)程中需在生化處理單元中投加磷酸二氫氨等物，為生化處理創(chuàng)造良好的條件。

經(jīng)多方案比較“厭氧水解酸化+粉末活性炭-生物接觸氧化+強(qiáng)氧化脫色”工藝（如附圖）具有投資省，對(duì)COD、BOD、SS、氨氮和色度等的去除率高成本低，出水水質(zhì)好，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),，剩余污泥穩(wěn)定和無(wú)需消化處理等優(yōu)點(diǎn)。

3、試驗(yàn)結(jié)果與分析

從各處理單元的處理效果（如附表）顯示，“厭氧水解酸化+粉末活性炭-生物接觸氧化+強(qiáng)氧化脫色”工藝的應(yīng)用很大的提高了印染廢水的處理效果，特別是對(duì)色度的處理。厭氧水解酸化池（池內(nèi)掛有填料）利用厭氧菌和兼氧菌，使廢水中難降解的大分子有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物，為后續(xù)的生物接觸氧化創(chuàng)造了良好的條件；如表所示CODcr去除率達(dá)到了25%。由于粉末活性炭將物理吸附和生物接觸氧化法結(jié)合在一起，CODcr、BOD、SS、和色度等的去除率高，分別達(dá)到86%、82.5%、65%和90%，出水的消毒、固體物的沉淀處理系統(tǒng)的穩(wěn)定以及嗅味的控制方面均有改善；同時(shí)投加的粉末活性炭由于其吸附作用改善了污泥沉降性能，降低了SVI，提高了二沉池固液分離能力，提高了不可降解COD和TOC的去除率，特別是能有效地去除印染廢水的色度和嗅味，減少了曝氣池的發(fā)泡現(xiàn)象；改善污泥絮體的形成，這是由于粉末活性炭與絮體結(jié)合后，絮體密度加大再加上粉末活性炭的多孔性，絮體與之結(jié)合更充分；提高了工藝的處理效果，大大改善了出水水質(zhì)。

附表：各處理單元的處理效果

4、結(jié)論

通過(guò)對(duì)“厭氧水解酸化+粉末活性炭-生物接觸氧化+強(qiáng)氧化脫色”工藝的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明，水解酸化-粉末活性炭-接觸氧化法優(yōu)于單純的活性污泥處理工藝如SBR、CASS、接觸氧化、生物選擇器等。投加的粉末活性炭改善了污泥沉降性能，降低了SVI，提高了二沉池固液分離能力；提高了不可降解COD和TOC的去除率，特別是能有效地去除印染廢水的色度和嗅味，減少了曝氣池的發(fā)泡現(xiàn)象，這主要得益于粉末活性炭的吸附作用；改善污泥絮體的形成，這是由于粉末活性炭與絮體結(jié)合后，絮體密度加大再加上粉末活性炭的多孔性，絮體與之結(jié)合更充分；提高了工藝的處理效果，大大改善了出水水質(zhì)。但粉末活性炭-生物接觸氧化處理工藝也有應(yīng)該注意的問(wèn)題，將粉末活性炭投加于接觸氧化池，其排出的剩余污泥為粉末活性炭-生物污泥，具有磨損性，對(duì)泵體、池體、接觸氧化池中的填料、二沉池刮泥機(jī)械以及污泥處理設(shè)備都較高的耐磨要求，選擇材料時(shí)要加以考慮。