污水再生回用深度處理生物活性炭技術

1、生物活性炭（BAC）處理原理分析

所謂生物活性炭技術，就是憑借活性炭具有的2種特殊結構特點：空隙發達以及表面積較大，這樣可吸附水中的溶解氧以及有機物，另外，生物活性炭還可充當載體，給微生物提供生長和繁殖的場所，活性炭營養條件以及溫度條件都會較為適中，發揮出活性炭的微生物降解以及物力吸附功能。這也就是生物活性炭法水處理技術。

利用生物活性炭處理水的過程中，會涉及到4個因素在水中的相互作用，分別為活性炭顆粒、溶解氧、微生物以及污染物。生物活性炭實質為單純活性炭吸附作用，其功能好壞不僅和活性炭的表面積、表面化學性質以及空隙結構有關，還和污染物的分子結構、溶解度、分子極性以及分子量有著緊密的關系。就目前來看，國內用于水處理的活性炭，通常微孔較為發達，占比表面積分配的95%以上，而中孔占比卻＜5%。如果用于廢水處理，那么需要的活性炭的比孔容積應＞0.2cm3/g。

2、生物活性炭工藝的特點

（1）生物活性炭更適用于低濃度有機廢水的處理。

眾所周知，微生物在降解有機物時，存在一個最小基質濃度，如果水中的有機物濃度＜這個最小基質濃度，就會影響微生物的降解作用。因為BAC可更好地吸附水中的有機物，這樣碳表面就會對有機物進行富集，微生物的降解速率就會進一步提升。

（2）生物活性炭處理方法不僅可提高通水倍數，更能提高活性炭的吸附容量，進一步延長了活性炭的使用壽命，同時降低了活性炭的再生成本。

（3）BAC處理方法去除污染物的效率更高，運行更加穩定，對于微生物或活性炭單獨作用時不能去除的污染物，該方法都能有效去除。因為活性炭可吸附溶解氧，另外，其表面具有明顯的催化效果，利于有機生物的降解作用。活性炭吸附水中的有毒類物質，顯著提高了處理工藝的耐沖擊能力。

（4）BAC處理方法在處理過程中，占地面積不大，工藝設備相對簡單，能實現自動控制過程，管理過程更為方便。

3、案例介紹

某機械加工企業排放污水中錳離子和鐵離子等顆粒物的含量比較高，對污水進常規化處理后，雖然出水水質達到了國家規定的污水排放要求，但如果用于回用水，水中的錳離子含量和鐵離子含量依然比較高，水質渾濁。需對企業排放的工業廢水進行進一步的深度處理。

4、污水深度處理試驗

4.1 試驗裝置及工藝流程

文章涉及到的試驗裝置主體為濾柱，其實質為生物活性炭濾柱，圖1為其具體工藝流程圖。濾柱通常為有機玻璃材質。柱底部采用礫石作為承托層，填料通常為柱狀活性炭。

4.2 運行參數

濾柱的工作方式為自然掛膜，廢水水溫具體為25~30℃。在培養生物膜的過程中，如果過濾的速度過快就會沖刷相對不成熟的生物膜，影響碳粒表面生物膜的形成，所以在掛膜的過程中，通常控制濾柱的過濾速度約為1.2m/h，空床停留當的時間具體為60min。待生物膜培養穩定后，運行時選擇下向流運行方式，進水箱會設置計量泵，用于加壓原水，將其壓至濾柱頂部。濾柱在整個試驗期內有兩種工況形式：①控制濾柱過濾速度為1.6m/h，設置45min的空床停留時間；②控制濾柱的過濾速度為2.4m/h，設置30min的空床停留時間。

該方法運行的過程中，碳粒表面如果存在老化的生物膜，或濾層中集聚了一定的顆粒性物質，就會對水質和產水量產生影響，為了能進一步保障濾柱的正常運行，需要進行合理的反沖洗操作。該方法運行的過程中，必須憑借濾柱反沖洗的周期判斷出水水質以及水頭損失，濾柱的沖洗方式為單獨水沖，周期具體為4~5d，具體時長為6~8min。

4.3 分析項目和方法

文章涉及試驗水中存在的污染物質主要有：濁度、磷、鐵、COD、錳、氨氮。濁度的測定需要憑借分光光度法，磷的測定憑借鉬酸銨分光光度法，鐵的測定憑借鄰菲啰啉分光光度法，COD的測定憑借重鉻酸鉀法，錳的測定憑借高碘酸鉀氧化-分光光度法。

5、結果與討論

5.1 掛膜期運行效果分析

設判斷生物活性炭生物膜是否已成熟的標準就是其有機物的氨氮去除率和有機物去除率。該試驗進行時處于夏季，夏季的高溫對生物膜的成熟更有利。在掛膜開始前10d，因為活性炭具有較好的吸附作用，濾柱可更好地去除氨氮以及COD；到了掛膜后期，因為活性炭已吸附了大量的污染物質，活性炭對氨氮以及COD的吸附左右有所下降，隨著碳粒生物膜日漸成熟，生物對污染物的降解作用反而加強。到21d時，濾柱對氨氮以及COD和氨氮的去除速率更為穩定，證明掛膜成功。

5.2 對鐵和錳的去除效果

如果處于工況1的運行情況下，進水鐵濃度為0.599mg/L；出水鐵濃度范圍處于0~0.17mg/L之間，出水鐵的平均濃度為0.13mg/L，經計算發現，鐵的去除效率已達到78%，出水鐵的濃度不會受到進水水質的明顯影響，經過處理后能達到回用水質的相關參數要求。如果處于工況2的運行情況下，進水鐵平均濃度為0.67mg/L；出水鐵的濃度范圍具體為0.10~0.37mg/L，出水鐵的平均質量濃度具體為0.22mg/L，去除效率達到66%，通過和有關參數對比發現，出水鐵的濃度超標。出水鐵招標的情況受進水鐵濃度和停留時間有緊密的關系，如果進水鐵濃度＞1mg/L，就會嚴重影響出水鐵的濃度，完成處理后的水也不能達到回用的標準。

如果處于工況1的運行情況下，進水錳的濃度范圍為0.08~0.79mg/L，錳的平均質量濃度為0.42mg/L；出水錳的質量濃度范圍處于0~0.07mg/L之間，平均錳濃度為0.05mg/L，去除效率達到86%。如果處于工況2的運行情況下，進水錳的濃度范圍處于0.20~2.01mg/L，平均錳濃度具體為0.97mg/L；出水錳質量濃度范圍為0.06~0.2mg/L，錳平均質量濃度為0.24mg/L，去除效率為74%。如果處于工況2的運行情況下，出水錳就會出現較為嚴重的超標，不能達到污水回用的相關參數要求，這和停留時間以及錳濃度的變化有著較為緊密的聯系。

5.3 對濁度的去除效果

如圖2所示為生物活性炭過濾去除廢水的蝕度，進水具有幅度較為的濁度變化。如果處于工況1的運行情況下，進水濁度具體約為17.1NTU，經過相關處理，出水濁度已達到1.7NTU，去除的效率已達到90%。如果處于工況1的運行情況下，進水濁度具體為17.3NTU，經過相關處理，出水濁度已達到3.9NTU，去除效率達到78%，因為停留時間不長，濾層中水流出時容易帶出小顆粒，造成出水濁度升高，穩定后，也不能達到回水水質的相關要求。