活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附處理牛皮紙廢水

　　紙漿工業的特點是高耗水量和高環境污染的潛力。產生的廢水主要取決于所用原料的類型，所采用的工藝技術的類型，內部廢水再循環的數量以及其他管理方法，例如操作條件和添加劑的存在。特別是牛皮紙漿制漿，使用化學工藝制漿是當前該行業常用的技術，其中產生了高濃度有機物的廢水，木質素衍生物和其他物質產生了顏色和有毒化合物，以及該過程中使用的化學物質。導致使用傳統處理方法起來比較難處理，這次我們測試使用活性炭結合活性污泥系統吸附處理牛皮紙廢水。

　　牛皮紙廢水中活性炭的作用

　　活性炭也有用于纖維素工業廢水處理中，主要用于通過吸附過程去除有色和難降解的化合物，能達到這些化合物約80%的去除率。在吸附過程中，活性炭被用作吸附材料，因為它具有諸如高比表面積，不規則表面，高孔體積和有利于污染物結合和粘附的活性位等特性，有利于將其從水性介質中去除大多數污染物。但是，此過程的主要缺點是活性點位的飽和。從這個意義上講，在生物處理系統中使用活性炭作為懸浮支持介質變得很有趣，因為可用的高比表面積和粉末狀活性炭的不規則表面來促進微生物的粘附和微生物的形成，有利于污染物的生物降解。為了尋求穩定的處理系統，能夠更好的處理廢水，添加粉狀活性炭的活性污泥工藝，主要用于工業廢水的處理。在其中，活性炭用作微生物的懸浮支持介質，在系統中提供了更高的穩定性，從而證實了生物降解性更好的條件。

　　活性炭吸附處理測試環境

　　所使用的系統是活性污泥，由一個有效容積為1L的好氧反應器，一個沉淀池和一個氣升返回系統組成。通過蠕動泵給反應器供料，并通過空氣壓縮機以促進曝氣。為了制備支流，在處理之前，添加含有NH4 Cl和K2 HPO4的溶液，以獲得與COD：100：5：1的比例N：P。此外，支流的pH值調整為7.0±0.1。在圖1中，可以觀察到實驗流程圖以及以活性炭為載體激活的污泥反應器系統。

　　根據預期的VOC控制入口流量和水力停留時間。將來牛皮紙廢水處理廠的污泥添加到反應器中，濃縮濃度為2.5g L-1的揮發性懸浮固體。系統組裝并穩定后，在總共110天的四個階段中評估了處理效果，其中階段I僅使用活性污泥，階段II，III和IV的濃度分別為2.4和6g L-1在處理期間累積增加5%的活性炭，即每30天增加一次，添加2g L-1的活性炭，直到獲得總計6g L-1的活性炭。值得注意的是，該系統連續運行，并且在整個運行過程中，向反應器中注入了工業原料廢水。

　　圖1：(A)實驗方法流程圖，(B)用粉狀活性炭活化的污泥系統。

　　牛皮紙廢水中去除特定化合物

　　在圖3中可以看到除色，總酚類化合物，木質素，芳族和木質素磺酸化合物以及熒光化合物的去除值。圖2A中顯示了除去顏色，其中可以注意到步驟I最低去除值(11%)。生物處理通常顯示出從纖維素工業廢水中去除顏色的效率很低或沒有效率，甚至可能在處理過程中產生生色化合物，生物處理增加20%。帶有海綿狀支撐介質的充氣系統中牛皮紙廢水處理中的顏色。

　　在步驟II的開始，通過添加2g L-1的活性炭和12小時的水力停留時間，系統可能通過在活性炭交換位點吸附了木質素衍生的發色團化合物而去除了41%的顏色。之后，顏色去除率保持在28%左右，仍高于不添加活性炭的步驟中獲得的顏色去除率。在第三和第四階段也保持了這種趨勢，活性炭的濃度為4和6g L-1。觀察到用4g L-1活性炭觀察到較好效果，達到去除該參數的79%。

　　圖2：(a)去除顏色和總酚類化合物。(b)去除木質素，芳族化合物和木質素磺酸化合物。(c)富集的熒光發射和激發矩陣。(d)廢水排放和熒光激發矩陣。

　　關于總酚類化合物的去除結果，如圖2A所示，有可能注意到在處理過程中并沒有去除該參數，并且該參數在所有階段都出現了增加。在步驟I中，處理后的廢水的總酚類化合物平均濃度增加了57%。在其他階段(II，III和IV)，這一增長為12%。在充氣生物系統中處理牛皮紙廢水產生的結果類似，其增量超過了初始濃度的100%。存在和不存在活性炭時總酚類化合物增加的差異可能與活性炭表面生物膜的形成有關，通過活性炭使微生物的生長對總酚類化合物等危險化合物具有更強的抵抗力，活性炭有助于降低有氧生物系統中增加的值。

　　處理牛皮紙廢水后的活性炭

　　觀察圖3所示的圖像，處理期間生物量顯著增加，其中存在大量生物材料，可能的絲狀形成和微生物團聚，表明存在較大量步驟IV中的生物量。至于生物膜的發展，觀察顯微照片增加了10,000倍(圖3C，3I和3L)，注意到附著在活性炭表面的微生物的生長。這些可能是細菌，真菌和絲狀細菌，活性炭在反應器運行110天后，固體樣品中的細菌含量更高。

　　圖3：幾個步驟中活性炭的顯微照片。

　　在活性炭吸附處理牛皮紙廢水的測試中，與不使用活性炭進行牛皮紙廢水處理的系統相比，評估了在活性污泥反應器中添加濃度為2.4和6g L-1的活性炭作為支持介質。在處理期間，在支持介質存在下，有機物的去除率更高，分別獲得了COD，BOD5和COT的55%，94%和60%的平均值。在帶有中等支撐的步驟中，特定的參數(例如顏色，木質素衍生物和芳香族化合物)平均分別去除了28%，29%和36%。如果您還有什么不明白的請立即咨詢我們。

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