生物活性炭PACT工藝研究

1、生物活性炭(PACT)工藝研究1引言生物活性炭法(PACT)是指將粉末活性炭投加到好氧系統(tǒng)的回流污泥中，通過含炭污泥中 粉末活性炭(PAC)與活性污泥中微生物的相互作用，提升對廢水中污染物的去除效果.目前較 多應(yīng)用在印染廢水、化工廢水、垃圾滲濾液的處理中研究表明，PACT工藝的促進機理主要 在于系統(tǒng)內(nèi)“吸附-降解-再生-再吸附”的協(xié)同作用，涉及到復(fù)雜的吸附與生物降解同步作 用過程，因此在具體微觀機理和動力學(xué)模型方面仍有研究空間.此外，對PACT工藝的宏觀生 物強化效果，也缺乏全方位的表征，使得PACT工藝在實際運行中缺乏相應(yīng)的針對性.本文以印染園區(qū)實際綜合廢水為處理對象，主體處理工藝為水解酸化

2、+AZ/O工藝，通過 平行對比A2/O與A2/O(PACT)中試運行效果，從常規(guī)處理指標(尤其是低溫運行條件下)入手 對比PACT工藝的強化作用，再通過毒性、重金屬指標、GC-MS、紫外-可見光光譜等表征手 段，重點研究PACT系統(tǒng)的生物強化特性，探討PACT工藝的主要作用目標和規(guī)律.本研究對 深入理解PACT工藝作用機理、提高PACT作用效率以及實現(xiàn)園區(qū)綜合廢水的有效處理，具有 較大的借鑒意義.2材料與方法實驗水樣及材料實驗以蘇南某印染廢水為主(印染廢水占85%，化工廢水占10%，生活污水占5%左右)的 園區(qū)集中污水處理廠水解酸化處理出水為試驗對象(進水).由于進水水質(zhì)不盡相同，因此其 具體

3、水質(zhì)指標見相應(yīng)實驗結(jié)果.粉末活性炭為100目木質(zhì)炭(溧陽東方活性炭廠)，經(jīng)檢測(ASAP2010，Micromeritics, 美國)，該粉末活性炭的內(nèi)部性質(zhì)為：BET比表面積532.26 m2 g-1,微孔(2 nm)體積 0.1 cm3 gT,中孔(250 nm)體積 0.449 cm3 gT,平均孔徑 3.8 nm.實驗裝置及運行條件本研究的實驗裝置如圖1所示.A?心(FACT反應(yīng)那二濕池圖1實驗裝置結(jié)構(gòu)圖中試實驗裝置含A2/O反應(yīng)器以及二沉池，其中A2/O反應(yīng)器有機玻璃材質(zhì)，有效容積為1.0 m3.二沉池為豎流式沉淀池，表面負荷0.63 m3 - m-2 - h-1. A2/O反應(yīng)器實

4、驗裝置 內(nèi)分5格，HRT比為2 : 2 : 2 : 2 : 1,其中前二格可以實現(xiàn)回流及攪拌，形成A2/O 反應(yīng)器.運行條件：廢水處理量1.0 m3 - d-1，即系統(tǒng)HRT=24 h.污泥回流和硝化液回流比均 為100%.根據(jù)之前的實驗結(jié)論，PACT工藝中粉末活性炭的投加量為100 mg L-1,分兩次 均勻干式投加，總投加量為100 g d-1.啟動時活性污泥投加量為1500 mg L-1(MLSS 當(dāng)量)，污泥MLSS超過4000 mg L-1時適當(dāng)排泥.裝置運行時溶解氧控制在3.0 mg L-1. 除特殊說明外，實驗條件均為常溫，檢測數(shù)據(jù)為1個月平均值.實驗與分析方法總有機碳的檢測儀器

5、為島津TOC-V CPH.毒性的檢測使用儀器為deltaTOX ，儀器可以 精確檢測光子數(shù)來推斷發(fā)光細菌存活量，其中光損失數(shù)代表水樣的毒性(詳見表1).金屬離 子含量的檢測采用電感耦合等離子光譜(ICP-AES),型號J-A1100.表1光損失數(shù)與毒性關(guān)聯(lián)性光損失數(shù)20% 45%-45%70%毒性微毒或無毒低毒中毒高毒采用GC-MS檢測廢水中所含有機物，儀器型號及具體檢測方法參考相關(guān)文獻報道紫外-可見吸收光譜儀型號為島津UV-2201.分子量測試采用凝膠滲透色譜(GPC)方法進 行測試，儀器：Waters 515型凝膠色譜儀，Waters 2410示差折光檢測器，標準品：聚乙二 醇(PEG).

6、柱子:Waters Ultrahydrogel 500 和 Ultrahydrogel 120 兩柱串聯(lián)(7.8 mm X 300 mm); 流動相：0.1 mol - L-1硝酸鈉水溶液;流速：0.8 mL - min-1;進樣量：50 4L;柱溫： 40 .采用掃描電鏡(S-3400N II, 口五。反，日本)對實驗中相關(guān)活性污泥進行表征.其他實驗分析指標中，包括MLSS、COD等均按照國標法進行測試.3結(jié)果和討論常規(guī)指標去除效果從反應(yīng)器常規(guī)運行角度出發(fā)，比較了投加粉末活性炭前后A2/O反應(yīng)器處理效果的變化， 具體見表2.表2 A2/O與A2/O(PACT)對常規(guī)指標的去除效果對比分析工藝

7、cotmg-L-1)J 獻亂 (mgL-1)TN/ (mgL-1)TP/CmgL-1)色度， 倍MLSSy (mg-L-1)SVsvu(mLg-1)進水147.513.719.342130.0A2/0 出水32.00.916.22.740.0265022%02.0（PACT）去除率44.4%95.2%16.1%35.7%77.8%A2/0出示97.80.915.02 A50.0219027%123.3去除率33.7%95.2%18.1%42.9%72.2%由表對比可知，PACT工藝對COD去除率的提升超過10%，同時在色度去除方面具有較高 的強化作用，但在氨氮、總氮和總磷的強化去除方面，PAC

8、T系統(tǒng)的促進效果均不明顯.通過 計算，在實際處理濃度較低的綜合印染廢水水解酸化出水時，PACT的處理效果可以達到 0.61.0 kg kg-1活性炭.此外，活性炭的投加對生化系統(tǒng)污泥的形態(tài)也有促進效果，可 以有效降低SVI指數(shù)，控制污泥膨脹.在此基礎(chǔ)上，重點考察了低溫條件下（10以下）A2/O反應(yīng)器的長期穩(wěn)定運行效果，尤 其是在粉末活性炭投加前后對COD的去除效果對比，具體見圖2（橫坐標為實驗日期）.OOOOOO WO 05050 505 4 3 3 2 2 1 I-.f 08Detection Datel 月-0)a 一常溫口t一進水1- aWj出水- I .,I , I , I , I ,

9、 1 , I * I , r , 1.I , I .1 , 1 , I , I , I , 1 , I . I . 1 , 1 , 1 , 1 . I , t ,7*丁* A2/O A2/O(PACT).對比投加粉末活性炭 前后的光譜可知，A2/O(PACT)在譜圖上顯示有明顯的強化去除效果，尤其是在250300 nm 吸光段，這些均反應(yīng)到顯色有機物的去除上，與常規(guī)分析相吻合.此外，UV-VIS光譜在465 nm(E4)和665 nm(E6)處的吸光度單獨列出，對比E4/E6，其 值如表7所示.表7 UV-VIS光譜在465 nm(E4)和665 nm(E6)處的吸光度比值出水進水皚口 A2/

10、O(PACT)E4/E6 2.27 2.232.16E4/E6的值正比廢水中分子量大小(Chin et al., 1994).檢測結(jié)果體現(xiàn)為隨著生物強化 處理的深入，大分子量的有機物越來越少，說明大分子物質(zhì)(染料類，顯色物質(zhì)等)存在強化 降解的過程，相比之下，A2/O(PACT)對這些物質(zhì)的去除效果更好.分子量分布檢測GPC的測試結(jié)果表8所示.表8 A2/O與A2/O(PACT)出水分子量分布對比分析1000 Da1000300 Da300-500 Da500-100 Da800 Da)略有升高，低分子量部分(100 Da) 略有降低，但幅度不大 而對比A2/O和A2/O(PACT)出水可知，

11、8001000 Da部分的大分子物 質(zhì)有所降低，說明高分子的顯色有機物得到更有效的去除，這與E4/E6檢測結(jié)果相吻合.具 體參見污水寶商城資料或更多相關(guān)技術(shù)文檔。污泥鏡檢及SEM檢測通過鏡檢考察PACT工藝對A2/O反應(yīng)器中生物相的影響.研究表明：A2/O與A2/O(PACT) 中的生物相基本類似，均檢測出鐘蟲、草履蟲、輪蟲等微生物此外，在A2/O(PACT)還檢出 紅斑票劇本蟲(圖5b,照片中黑點為粉末活性炭)，而在A2/O中未檢出，說明A2/O(PACT)的 生物相更好，從側(cè)面也反應(yīng)出其對污染物的去處理效果更好圖5好氧池中的生物相(a.輪蟲，b.紅斑票劇本蟲)為更深入對比污泥形態(tài)，通過SE

12、M對比A2/O中的活性污泥和A2/O(PACT)中的含炭污泥， 結(jié)果如圖6所示.由圖可知：圖6 A2/O中的活性污泥(a)和A2/O(PACT)中的含炭污泥(b)1)A2/O和A2/O(PACT)中的活性污泥層次明顯，菌種含量較多，里面有很多絲狀細菌連 接，通透，呈現(xiàn)一種復(fù)合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).2)相比之下，A2/O(PACT)污泥結(jié)構(gòu)更為松散，菌種含量更多，面除了殼狀的鐘蟲，還有 很多絲狀細菌，鏈狀球菌.3)投加在活性污泥中的活性炭，在可見的條件下，表面均附有一些微生物，PACT系統(tǒng) 中活性炭上覆蓋較多的微生物，鐘蟲、絲狀菌均可以將粉末活性炭作為載體進行固定，以此 體現(xiàn)強化生化降解效果.4結(jié)論1)PACT生物強化作用主要體現(xiàn)在COD的去除方面，對于印染廢水水解酸化處理出水， COD的強化去除效率提升超過10%.此外，PACT系統(tǒng)在色度的去除以及對污泥沉降性能的提 升方面，均有較好的強化效果.在低溫條件下，投加粉末活性炭可以有效提高系統(tǒng)處理效果 的穩(wěn)定性.2)相比A2/O, A2/O(PACT)在特征有機物的去除方面具有更好的效果，尤其對苯胺類、 萘類和雜環(huán)類物質(zhì)，具體也體現(xiàn)到毒性的