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            生物活性炭(BAC)技術在港區污水處理中的研究

            來源:環保新聞網|上海市環境保護產業協會(滬環協)官方網 作者:環保新聞網|上海市環境保護產業協會(滬環協)官方網 發布時間:2012-01-03 查看次數:1239

            1前言

            “生物活性炭”(BiologicalActivatedCarbon,BAC)技術是20世紀70年代發展起來的去除水中有機污染物的一種新技術。目前,世界許多國家已在污染水源凈化、工業廢水處理及污水再利用的工程中得到應用。生物活性炭技術即為利用粒狀活性炭巨大比表面積及發達孔隙結構,對水中有機物及溶解氧有很強的吸附特性,將其作為生物載體替代傳統的生物填料,并充分利用活性炭的吸附以及活性炭層內微生物有機分解的協同作用。同時BAC法?梢匀コ钚蕴亢蜕锓▎为毷褂脮r不能去除的污染物,且其處理效率也較兩者單獨使用時高。這種處理方法即稱為生物活性炭處理。生物活性炭法是近年來發展起來的一種新型水處理工藝,已在世界上許多國家采用,尤其在西歐更為廣泛。該工藝的研究在我國已有十多年的歷史,目前已進入實用階段。雖然其作用機理依據不同的使用場所不同國內外理論界解釋不盡一致,但實際應用中所表現出來的去除效率高、操作管理簡便、活性炭使用周期大大延長和運行成本低等優點已被公眾所認同。

            盡管生物活性炭技術在源水處理過程中得到了有效普及利用,可傳統的污水處理技術仍局限在活性污泥法、生物膜法上,工業生產的快速增長和水資源的日益短缺一定程度上加快了污水深度處理技術的發展,以粒狀活性炭為填料對二級生化處理后的出水進行深度處理也引起了人們的廣泛注意,生物活性炭以其出水水質穩定可靠、無異味、處理成本低而逐步在生活污水、印染廢水、石化廢水等多種廢水深度處理中得到應用。

            2生物活性炭技術在水處理中的作用機理

            2.1生物活性炭的吸附機理

            傳統意義上活性炭吸咐作用的工序和機理主要是考慮到活性炭表面的大孔隙和巨大比表面積的吸附作用,以及活性炭內部細孔內進行的吸附。從生物活性炭流掉的生物,與過濾速度的變化和濁度的增加有影響,一般來說范圍為50~1000個/ml。生物活性炭過濾不僅利用了活性炭具有巨大表面吸附作用和各種基團的靜電親和力,對水中殘余物質進行進一步吸附,而且利用生長在其上的微生物分解水中殘余有機物,更加保證了飲用水處理的徹底性,大大降低了后續用氯氣消毒產生消毒副產物的可能性,增加了飲用水的生物穩定性。

            除了孔隙特征以外,活性炭對有機物的去除也受有機物特性的影響,主要是有機物的極性和分子大小的影響。同樣大小的有機物,溶解度越大、親水性越強,活性炭對其的吸附性能就越差;反之對溶解度小、親水性差、極性弱的有機物卻具有較強的吸附能力。試驗結果表明[5],活性炭對分子量在500~3000的有機物有十分明顯的去除效果,去除率一般為70%~86.7%,而對分子量小于500和大于3000的有機物則達不到有效去除的效果。

            2.2生物氧化和活性炭吸附聯合作用機理

            國內外多項研究結果論述了生物活性炭對有機物的吸附作用機理,結論表明該技術可看作是物理吸附和生物降解的簡單組合。吸附飽和的生物炭在不需要再生的情況下,可利用其生物降解能力,繼續發揮控制污染物的作用,這一點正是其它方法所不具備的。

            在生物預處理和常規處理工藝之后采用生物活性炭作為深度處理,較之單獨增設生物預處理工藝具有以下優點。

            (1)增加了水中溶解性有機物的去除效率,提高了出水水質;

            (2)水中氨氮可以進一步轉化為硝酸鹽,從而減少了后氯化的投氯量,對三鹵甲烷的生成起到進一步的抑制作用;

            (3)對活性炭而言,延長了活性炭的再生周期,減少了運行費用。

            大量的試驗結果表明:活性炭具有良好的脫除余氯的能力,可將余氯由0.15mg/L降至0.01mg/L;在有機物大部被去除的情況下,出廠水投加0.18mg/L以下的ClO2,通過控制一定的回流比,可以保證較高的衛生學安全性且口感良好。通過各單元的處理可以將濁度降至0.01NTU以下。

            2.3影響生物活性炭去除有機物的因素

            (1)濾速的影響

            隨著停留時間的增加,CODCr和UV254的去除率有一定程度的提高,但有機物去除率的增加并不與停留時間的增加成正比。試驗表明,當濾速為5m/h時,即炭層停留時間為12min時,生物活性炭—砂濾柱獲得較為理想的去除效果。

            (2)濾層深度的影響

            生物活性炭對CODCr的去除是微生物的生物氧化降解作用的結果,因而與生物量沿濾層深度的分布密切相關。為了便于研究CODCr隨濾柱深度的沿程去除情況,比較了各取樣口的CODCr去除率。

            2.4生物活性炭反沖方式的研究

            在生物活性炭深度處理港口生活、含油污水技術應用中,生物活性炭(BAC)濾池的反沖洗問題非常棘手又亟需解決。隨著BAC濾池運行時間的延長,炭粒表面和濾床中積累的生物和非生物顆粒量不斷增加,導致炭粒間隙減小,影響濾池的出水水質和產水量。反沖洗方式與相關參數直接影響BAC濾池的運行效果和成本。有研究表明,采用單獨水沖的濾池出水中生物可同化有機碳(AOC)和細菌量高于采用氣水聯合反沖的濾池,而充分去除過量的生物膜是保證濾池成功運行的重要前提。

            綜合各項研究結果表明,應用于水處理過程中的生物活性炭在運行時的反沖洗方式應滿足并遵循下述條件。

            (1)炭粒表面生物顆粒的脫附難于非生物顆粒,建議生產中反沖洗結束的控制指標為反沖廢水濁度達到3~5NTU。

            (2)兩段式氣、水聯合反沖洗的效果優于單獨水反沖,并可節約耗水量,推薦采用先以高強度空氣擦洗、再以微膨脹水漂洗的方式。適宜的氣沖強度為11~14L/(m2•s)、歷時為3~5min,水沖強度為8L/(m2•s)、歷時為5~7min。

            (3)如采用單獨水反沖,建議適宜的反沖強度為12~14L/(m2•s)、濾層膨脹率為20%左右,反沖歷時為6~8min。

            (4)炭床上表面與反沖廢水排水槽間的高度差對反沖洗效果有一定影響,實際應用中以1.5~2.0m為宜。

            3生物活性炭技術在港口廢水處理及廢水再利用工程中的應用

            由于生物活性炭的吸附容量與單純活性炭吸附容量對比,前者比后者提高2~30倍,生物活性炭所表現出來的具有微生物和活性炭的疊加和協同作用已在水處理工程中得到推廣和延伸。該工藝對城市污水、工業廢水的處理及深度處理后再利用更為安全適用,對難生物降解而可吸附性好的污染物,亦有很好的去除效果。

            3.1生物活性炭技術在港口回用水處理中的應用

            近年來隨著交通運輸業的快速發展,港口用水日趨緊張。將港區辦公樓、輔助用房所排放的生活污水進行深度處理滿足于生活雜用水和港區景觀補充用水、綠化用水等,既有效減輕了污水排放對海域水體環境的污染影響,又能節約大量的城市自來水,有利于創建綠色港口、節約型港口和保持港口的可持續發展。

            我們曾在某港區生活污水回用處理工程中選取生物活性炭和臭氧氧化消毒聯用工藝,作為深度處理工藝,該項工藝表現出了巨大的技術、經濟優勢,具有操作管理簡單可靠、運行效果穩定可靠等優點。其具體處理工藝流程為:

             

            一年多來的實際運行經驗表明,生物活性炭是一種高效的水處理技術,充分利用活性碳的吸附性能和微生物的生物降解性能,在好氧環境下,它以粒狀活性炭為微生物載體,在內循環生物活性炭區形成顆粒污泥和顆粒污泥層,通過活性炭和微生物的協同作用,達到對可生物降解和難于生物降解有機物的高效去污處理,可以保證出水色度和消除異味,無需更換活性炭或對其進行物化再生。

            3.2生物活性炭技術在港口含油污水處理中的應用

            傳統的含油污水處理技術多是以吸附、聚結、凝聚等物理化學處理方式為主,近年來隨著環境排放標準的逐步提高,單純的物理、化學處理技術僅能保證出水水質中油類物質的達標排放,對于好氧類有機污染物卻往往超標排放,嚴重影響附近水域水質。同時由于多數港口企業所排放的含油廢水具有水質、水量波動幅度大,生化指標相對穩定且不太高,如采取傳統的生化處理工藝去除廢水中的有機好氧物,將帶來一系列運行、管理、操作問題,進而影響出水水質,生物活性炭技術由于其獨特的處理機理和穩定可靠的出水水質、靈活的啟動方式而引起人們的日益關注。

            4結論

            生物活性炭作為一項新型水處理技術,在未來的水處理工程實踐中,將會在港口水處理中得到大力開展應用。隨著科學技術的進步和水質指標的逐步提高,由于新型填料-生物活性炭的應用,使得該項技術無論是在廢水處理工藝選擇中都具有獨特的技術優勢:

            (1)增加了水中溶解性有機物的去除效率,提高了出水水質。

            (2)水中氨氮可以進一步轉化為硝酸鹽,從而減少了后氯化的投氯量,對三鹵甲烷的生成起到進一步的抑制作用。

            (3)對活性炭而言,延長了活性炭的再生周期,減少了運行費用。

            (4)生物活性炭作為飲用水深度處理工藝,碘值及亞甲基藍值對這一工藝單元影響甚微,生物活性炭主要是靠生物的作用而對水中有機污染物進行分解,吸附作用處于次要地位。因此,對于初期活性炭的選擇可主要從經濟的角度出發加以選擇。

            (5)生物活性炭的運行周期一般都長達3至4年,如果考慮每年對破損炭、反沖洗流失炭5%左右的更換和補充。因此,對生物活性炭運行失效指標的監控,在有條件的情況下可定期測試TOC值及BOD5值。在COOMn、UV254指標連續下降的情況下,合理及時的進行維護管理,保持系統的穩定可靠運行均是十分必要的。

            (6)對于生物活性炭的沖洗需采用較高的強度以利于較薄的生物膜的形成,并可起到減少運行中阻力和保持微生物活性的作用。

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