活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產學研合作

　　水熱碳化工藝是在180至260°C的壓力容器中使用生物質懸浮液進行的。反應階段完成后，通過過濾分離固體產物和生產用水。對于生產用水的排放，檢測發(fā)現(xiàn)酸性的，其主要成分為乙酸，甲酸，乙酰丙酸和乙醇酸，以及羥甲基糠醛等難降解的有機物。一般處理方法在活性炭上吸附去除水中的厭氧和好氧降解后殘留的有機物。本次我們研究使用顆粒活性炭的吸附以及臭氧化與生物降解的結合，來預處理去除工藝水中難處理的有機物。

　　研究活性炭吸附的方法

　　通過確定總體等溫線(溶解的有機碳(DOC)等溫線)并進行動力學測試和柱測試，研究了預處理難降解有機物的吸附。為此選擇了顆粒狀活性炭，它以顆粒形式用于動力學和色譜柱測試。對于等溫線實驗，將活性炭顆粒在球磨機中壓碎。所得粉末狀活性炭的粒徑小于40μm。等溫線數據通過應用瓶點法確定。對于每個實驗，將0.1到2.0 g的活性炭添加到0.2 L的溶液中。先前的測試表明，接觸時間72小時足以達到平衡。平衡后，將瓶從振蕩器中取出，通過0.45 µm膜過濾樣品，并分析DOC。從質量平衡計算固相DOC濃度。

　　活性炭吸附

　　預處理的水熱碳化廢纖維和細覆蓋廢水的總體等溫線如圖1所示。因此，不可降解的有機物很好地吸附在活性炭上，而細覆蓋有機物的固相濃度要低得多。通過將IAST模型與實驗數據擬合來評估數據，該實驗數據是針對兩種不同的初始濃度(原始和稀釋廢水)獲得的。作為擬合標準，使用最小化測量和計算出的水相濃度之間以及實驗和計算出的固相濃度之間的相對偏差。經過色譜圖實驗表明，顆粒活性炭可以很好地去除有機物，在56 cm色譜柱中經過約75小時后，首先發(fā)生了10%的穿透。相比之下，細料覆蓋的有機物在20小時后已經在第二個色譜柱中達到了50%的突破，因此顆粒狀活性炭對它們的吸收受到更大的限制。

　　圖1:預處理過的水熱碳化廢纖維和細覆蓋處理水的總體等溫線的比較。

　　動態(tài)吸附模型適用于預測顆粒狀活性炭塔中難熔有機物的吸收。列出的色譜柱容量證明了這一結論，其中測得數據與預測數據之間的平均偏差僅為17%。數字再次表明，廢纖維有機物的容量比高分子細覆蓋有機物的容量高得多。通過顆粒狀活性炭去除>90%的廢纖維有機物是現(xiàn)實的。因此，如果需要的話，該方法適于確保低的廢水濃度。另一方面，細覆蓋有機物的去除效率僅在運行的前20小時才高于50%。這既可以歸因于細覆蓋有機物的較弱的吸附性，也歸因于它們較慢的吸附動力學。在技​​術規(guī)模上，確切的去除效率和操作時間將取決于吸附器的操作條件。根據此處提供的數據，可以得出結論，對于細覆蓋廢水，不能認為活性炭吸附是合適的后處理工藝。此外，可以從處理后的垃圾滲瀝液的通過粒狀活性炭作比較，因為即使達到穩(wěn)定的填埋場也繼續(xù)產生滲濾液。很多例子表明，活性炭在實踐中已成功地用于去除難處理的有機物。

　　臭氧化研究

　　臭氧化對使用兩種不同臭氧劑量的預處理廢水的影響如圖2所示。旨在將少量的250 mg/L的臭氧和較高的500 mg/L的臭氧轉移到活性炭中。但是，由于實際測試中的條件，實際劑量與這些值有所不同。分別在圖2中指定的臭氧劑量是轉移到液相中的臭氧的有效量。雖然較低的劑量(200至255 mg/L)被認為對于部分氧化是合理的，但較高的劑量應表明更廣泛的氧化將對耐火有機物質產生什么影響。

　　圖2:經過臭氧化處理對預處理的水熱碳化用過的纖維廢水(左)和細覆蓋廢水(右)的影響。

　　處理方案

　　在圖3中，顯示了徹底處理水熱碳化工藝廢水的建議方案。有機物質的主要吸收者是生物階段。如果目標是養(yǎng)分回收，則應在厭氧反應器的上游進行。在厭氧階段添加共底物可以幫助穩(wěn)定厭氧降解。如果需要進一步去除難熔有機物，則應優(yōu)先選擇吸附在活性炭上。在廢水具有大量高分子量組分的情況下，該方法將是相當貴的。因此，應將臭氧化與有氧降解結合起來考慮。在這里，可以選擇將臭氧水帶回主要的好氧反應器，也可以使用單獨的反應器，其中生物質可以更具體地適應基質。必須對此進行進一步調查，以找到一種可持續(xù)的處理該類廢水的工藝方案。但是，活性炭的吸附應始終是最后階段。

　　圖3:徹底處理水熱碳化工藝水的建議方案。

　　水熱碳化工藝廢水的特征在于需要進行初步生物學處理的高濃度有機物。在本文研究中，厭氧-好氧聯(lián)合處理對細覆蓋物的去除效率為87%，對廢纖維廢水的去除效率分別為94.5%。如果它們具有低分子量，則在活性炭上的吸附非常適合除去殘留的難熔有機物，例如在廢纖維廢水中，因為不可吸附的部分很小，并且主要成分具有很強的吸附性。因此，可以預期高的柱容量。如果難降解的有機物具有高分子量，則應對其進行臭氧化處理，然后再循環(huán)至好氧階段或進行單獨的好氧處理，如精細覆蓋廢水。對于每種實際情況，都需要進行經濟分析，以便在考慮特定法律要求的情況下確定合適的處理方案。

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