粉末活性炭-接触氧化法在印染废水中的应用

摘要：本文介绍了粉末活性炭的基本结构和性质及其在废水处理中的应用，论述了粉末活性炭作为吸附剂投加于接触氧化池中的废水处理特点。并结合印染废水的水质特点，采用水解酸化+粉末活性炭-接触氧化法工艺进行试验。结果表明印染废水出水CODcr365mg/L，SS290mg/L，色度80，pH7~8，基本达到三级排放标准。

引言

长期以来，印染废水因其水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大及水质变化大等特点，一直是国内外难处理的工业废水之一。特别是近年来化学纤维织物的发展，仿真丝的兴起和印染后整理技术的进步，使PVA浆料、人造丝碱解物(主要是邻苯二甲酸类物质)、新型助剂等难生物降解有机物大量进入印染废水，其CODcr浓度大幅上升，从而使原有的生物处理系统CODcr去除率从70%下降到50%左右，甚至更低。传统的生物处理工艺已受到严峻挑战；传统的化学沉淀和气浮法对印染废水的CODcr去除率也仅为30%左右。因此研究开发经济有效的印染废水处理技术成为当今环保界的一个重要课题。

1、粉末活性炭在废水处理中的应用

1.1、粉末活性炭

粉末活性炭属无定型炭，由许多呈石墨型的层状结构的微晶不规则地结合而成，具有结晶缺陷。这种特殊结构使粉末活性炭不仅具有吸附能力，而且还起到催化作用和作为生物载体。粉末活性炭内部有无数细微孔隙纵横相通，其孔径为1×10^-10~1×10^-6μm，特别是1×10^-10~1×10^-9μm的微孔居多，使活性炭具有大的比表面积（可达1000m²/g）。这些物理特性也是活性炭具有强大吸附能力的原因之一。

1.2、粉末活性炭在废水处理中应用

普通活性污泥法在污水处理领域应用较早并也得到了广泛的应用，但因溶解氧控制过高或过低、营养不均衡或设计负荷过高或过低经常容易导致活性污泥膨胀问题，而且一直没有有效地解决方法。国内外专家针对其缺点开发出了各种改进型的活性污泥工艺如SBR、CASS、接触氧化、生物选择器等。但单纯的生物处理技术已不能满足污染成分越来越复杂的印染废水的处理，特别是对印染废水色度处理的要求。所以，来源广泛且容易再生，能反复利用的粉末活性炭（PAC）得到广泛应用。由于粉末活性炭属于无定型炭，由许多呈石墨型的层状结构的微晶不规则地集合而成，具有结晶缺陷。这种特殊的内部结构使活性炭在水处理中不仅有吸附能力而且还起到催化作用。其强大的吸附能力和良好的机械强度使它不仅直接作为优良的吸附剂应用于水处理中，而且还可以与其他材料联合应用，作为生物载体。

2、印染废水处理工艺

2.1、印染废水处理原理

“厌氧水解酸化+粉末活性炭-生物接触氧化”是在传统活性污泥技术的基础上发展、提高起来的，属于生物膜法的一种。在水解酸化池中利用水解产酸菌迅速分解有机物的特性，将厌氧反应控制在水解酸化阶段，在酸化水解池中，厌氧或兼氧微生物在填充于酸化水解池内的填料上形成一层生物膜，废水流经池内的填料时，废水中的有机物与生物膜接触，在厌氧或兼氧微生物的作用下，大分子有机物污染物被分解为小分子有机污染物，不溶性有机污染物被分解为可溶性有机物，从而提高了废水的可生化性，为下一步生物接触氧化创造了良好的环境。在此过程中无须充氧，节省了大量动力。

粉末活性炭-生物接触氧化池也可称为投加粉末活性炭浸没式生物滤池，该池内设置了呈立体状均布组合式填料，为微生物生长创造良好的条件，填料上形成密集的生物群体，经过充氧的废水与长满生物膜的填料相接处时均匀的接受微生物的吸附和氧化，污染物得到迅速去除，由于填料下部均匀设置的曝气管(头) ，生物膜直接受到上升气流的强烈搅动，衰老的生物膜易于脱落，生物膜代谢快，保持较高的生物活性。均匀的填料对空气也起着切割气泡和再分配的作用，因而提高了氧的利用率。

粉末活性炭-生物接触氧化法在运行初期，少量的微生物附着于填料表面和粉末活性炭上，由于细菌的繁殖逐渐形成很薄的生物膜。在溶解氧和食物都充分的条件下，微生物的繁殖十分迅速，生物膜逐渐增厚。溶解氧和污水中的有机物凭借扩散作用，为微生物所利用。但当生物膜达到一定厚度时，氧已无法向生物膜内层和粉末活性炭内部扩散，好氧菌死亡，而兼性细菌、厌氧菌在内层开始繁殖，形成厌氧层，利用死亡的好氧菌为基质，并在此基础上不断发展厌氧菌。经过一段时间后在数量上开始下降，加上代谢气体产物的溢出，使内层生物膜大块脱落。在生物膜已脱落的表面上，新生的生物膜又重新发展起来。在粉末活性炭-接触氧化池内，由于粉末活性炭的比表面和填料表面积都较大，所以生物膜发展的每一个阶段都是同时存在的，使去除有机物的能力稳定在一定的水平上。

2.2、印染废水水质特征

印染产品生产过程中产生大量有毒有害废水，其废水主要来自坯布的煮炼、漂白、染色、水洗及整理等工序，污染元素主要由染料、浆料及助剂等组成，废水中CODcr为5000mg/L、色度为2000、BOD为1200mg/L、SS为1200mg/L、pH为10~12.8；BOD/CODcr小于0.3，可生化性差。

2.3、印染废水处理工艺确定

为了探求高效、低耗、投资省的印染废水处理新技术，近年来在厌氧法与粉末活性炭-好氧法的结合方面进行了大量的实验研究，获得了很大的成功。此时与粉末活性炭-好氧法结合的厌氧处理的水力停留时间（HRT）一般为8h左右。这一工艺流程的提出，主要是针对印染废水中可生化性很差的一些高分子物质，期望他们通过厌氧酸化、酸性发酵，变成较小的分子，从而改善废水的可生化性，同时去除部分CODcr负荷，为好氧处理创造良好的水质条件。

粉末活性炭-生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触反应，同时粉末活性炭作为吸附剂投加于接触氧化池中，将物理吸附和生物氧化法结合在一起，这将优于单纯的活性污泥法，通常对色度和难降解CODcr有较好效果。粉末活性炭-生物接触氧化法一般会增加少量工程投资，但在以后的长期运行中可以完全避免活性污泥法常见的污泥膨胀现象，而且剩余污泥产量明显少于活性污泥法，降低了污泥处理的费用。

根据蜡印染废水的水质特点结合工业废水处理的工程经验，在选择和确定本污水处理工艺时，侧重考虑废水以下几个方面特征。

2.3.1、印染废水中含有大量的松香、纤维杂物，严重影响生化处理效果，因此，须采取恰当的物化处理单元进行预处理。

2.3.2、印染废水pH值较高，需要在物化处理单元加酸调节，为后续生化处理创造条件。同时印染废水色度较高，在设计工艺时，需要考虑脱色工序。

2.3.3、蜡染废水N和P含量偏低，废水的可生化性差，在菌种的驯化过程中需在生化处理单元中投加磷酸二氢氨等物，为生化处理创造良好的条件。

经多方案比较“厌氧水解酸化+粉末活性炭-生物接触氧化+强氧化脱色”工艺（如附图）具有投资省，对COD、BOD、SS、氨氮和色度等的去除率高成本低，出水水质好，耐冲击负荷能力强,，剩余污泥稳定和无需消化处理等优点。

3、试验结果与分析

从各处理单元的处理效果（如附表）显示，“厌氧水解酸化+粉末活性炭-生物接触氧化+强氧化脱色”工艺的应用很大的提高了印染废水的处理效果，特别是对色度的处理。厌氧水解酸化池（池内挂有填料）利用厌氧菌和兼氧菌，使废水中难降解的大分子有机物降解为小分子有机物，为后续的生物接触氧化创造了良好的条件；如表所示CODcr去除率达到了25%。由于粉末活性炭将物理吸附和生物接触氧化法结合在一起，CODcr、BOD、SS、和色度等的去除率高，分别达到86%、82.5%、65%和90%，出水的消毒、固体物的沉淀处理系统的稳定以及嗅味的控制方面均有改善；同时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离能力，提高了不可降解COD和TOC的去除率，特别是能有效地去除印染废水的色度和嗅味，减少了曝气池的发泡现象；改善污泥絮体的形成，这是由于粉末活性炭与絮体结合后，絮体密度加大再加上粉末活性炭的多孔性，絮体与之结合更充分；提高了工艺的处理效果，大大改善了出水水质。

附表：各处理单元的处理效果

4、结论

通过对“厌氧水解酸化+粉末活性炭-生物接触氧化+强氧化脱色”工艺的应用实验表明，水解酸化-粉末活性炭-接触氧化法优于单纯的活性污泥处理工艺如SBR、CASS、接触氧化、生物选择器等。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离能力；提高了不可降解COD和TOC的去除率，特别是能有效地去除印染废水的色度和嗅味，减少了曝气池的发泡现象，这主要得益于粉末活性炭的吸附作用；改善污泥絮体的形成，这是由于粉末活性炭与絮体结合后，絮体密度加大再加上粉末活性炭的多孔性，絮体与之结合更充分；提高了工艺的处理效果，大大改善了出水水质。但粉末活性炭-生物接触氧化处理工艺也有应该注意的问题，将粉末活性炭投加于接触氧化池，其排出的剩余污泥为粉末活性炭-生物污泥，具有磨损性，对泵体、池体、接触氧化池中的填料、二沉池刮泥机械以及污泥处理设备都较高的耐磨要求，选择材料时要加以考虑。