活性炭过滤吸附技术在污水处理中的应用

摘要：活性炭过滤吸附技术在污水净化领城的应用，对减少污染排放和排放污水达标具有重要意义。通过技术合作，引入美国以活性炭为基质的水处理吸附过滤材料的较新研发成果，结合现行工艺流程中各参数的可行性和可用性研究，以及对废水处理需求发展的实际状况，通过对活性炭的化学、物理改造，开发出一系列以活性炭为基质的高科技新型水处理产品。进一步对新开发的活性炭在排放污水中进行净化处理试验，效果明显，得到了用户的认可。

随着工业生产的扩大和工艺技术的复杂化，大量污水无组织排放以及污水处理设施的非有效运行使我国水环境总体恶化、水环境污染事件时有发生，已严重影响到事发区域人群的身体健康和生活水平，对我国生态文明的建设提出了严重挑战。

目前国内外均对改性活性炎在污染治理方面的应用有一些研究，主要方法是采用物理、化学方式对活性炭进行处理，但工艺和技术均不能满足国际市场对新发现污染物的处理要求，经过山西中绿环保集团有限公司和美国研究机构的国际合作，以活性炭为载体，采用物理、化学方法对活性炭进行改性处理，在活性炭中植入不同的大分子集团，开发能吸附二恶烷、过氯酸盐、六价铬及杀虫剂、制药生产中降解物等新型活性炭。通过初步试验应用，证明通过给用户原有污水处理设施中增加活性炭吸附系统，可以有效地减少废水中污染因子含量。本技术的特点包括运行费用低、占地面积小，且系统运行稳定等优势，使该技术在废水深度处理中有实际应用价值和竞争优势。

1 活性炭过滤吸附技术原理及工艺流程

1.1 技术原理和材料选择

在处理工业废水中，活性炭在一级、二级、三级处理工序中均可使用，但为了经济节约，多数选择在末级处理工序使用。对于污染成分复杂的工业废水，通常需要将几种处理工艺组合起来进行处理，活性炭往往在组合工艺最后的深度处理中应用。另外，活性炭还可以与不同的材料联合应用，组成新的工艺技术，以取得更好的处理效果。

活性炭是过滤吸附技术的重要组成部分，其性质及性能直接关系到过滤吸附工艺运行效果的好坏，本研究主要选择了自制的1号圆柱状的活性炭材料作为主要吸附材料。这种圆柱状的活性炭过滤吸附料是以煤为主要原料烧制而成，具有良好吸附性能，它化学性质稳定、能够再生、机械强度高，可重复利用。同时，又克服了传统活性炭价格高、机械强度低、易粉碎等缺点，使其成为高性价比的过滤吸附材料。经过测定并与优良炭性能比较，1号圆柱状的活性炭指标见表1。

表1 1号圆柱状活性炭性能指标

1.2 工艺流程

经过初级处理的废水经过格栅、生化物化系统后，出水被送至以活性炭为过滤吸附料的过滤吸附系统，当废水流过过独吸附系统时，废水中的残留有机物、残留悬浮物等通过活性炭的过滤、吸附实现污染物与水体的分离，使污水转化为可达标排放的清水。其中，过滤吸附系统可以根据用户排放的废水污染物浓度的不同，设置多个处理级数选择不同特性的吸附材料，但最多不超过三级；否则会带来活性炭再生成本的急剧增加。如果三级还不能达到要求，建议采用其他方法进行深度处理。

2 活性炭过滤吸附技术主要特点

2.1 生产成本低

以煤为原料即可以生产出低成本、高性能的活性炭。由于在山西地区煤藏丰富，品种繁多，足以满足以煤为基础的低成本活性炭的生产。而达到吸附饱和的活性炭又可以通过高温再生重复利用。经过试验，普通污水环境下的活性炭再生次数可以达到5次，超过5次再生的活性炭性能会大幅下降，再生成本会大幅上升。

2.2 处理费用低

相对于其他深度处理技术来说，活性炭过滤吸附技术约为用户节约废水处理电力消耗量65%，如果按每天处理0.5万t废水，每吨废水处理降低0.3kW.h电能消耗计算，仅废水处理每天即可为用户节省电力1500kw·h，每年可为州户节省电力50多万kw·h。具体处理费用见表2。

表2 活性炭过滤吸附技术费用

2.3 占地面积小

以采用活性炭过滤吸附技术处理规模为0.5万t/d的化工废水工程为例，末级处理水COD为150m/L，活性炭吸附后出水COD为45mg/L。浊度≤3Ftu，处理设施的占地面积1300m²，相对较小。

2.4 维护简单

活性炭过滤吸附技术针对制药废水、城市污水、造纸中段废水等多个行业污水、废水进行了试验应用。经过检测，均达国家新颁布的行业污染物排放标准。

活性炭过滤吸附系统运行对水量、水质波动的适应能力强，并且受水温、气候、温度变化的影响比较小，管理人员日常工作主要为水质分析仪运行观察和设备维护等，只有经过较长的时间段才需要做活性炭更换、再生活化。水质监测由于使用了自动分析仪技术，无需经常监测，只要注意定期对系统标定一次就可以了，且活性炭更换、再生活化可以实现机械化，工作强度大大降低。

3 活性炭可再生使用

活性炭再生工艺主要采用高温再生，具体包括干燥、高温碳化、活化3个阶段。其中高温碳化的机制为，在惰性气体环境下加热到900℃，使活性炭吸附的有机物沸腾，气化脱附或者分解；而活化机制需要高压注入二氧化碳等气体对活性炭的微孔进行清理，实现回收利用的目的。

4 结束语

为了进一步优化水资源环境，对污水排放进行更为严格的排放标准管控势在必行。在部分现有污水处理设施无法完全满足废水排放要求的背景下，为实现达标排放，利用活性炭过滤吸附技术进行废水处理的应用研究非常有意义。本项目的研究表明，活性炭过滤吸附技术可以作为废水处理的末级工序，取得良好的净化效果和较好的经济效益。