活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭深度處理紡織染料廢水

　　染料廣泛應用于各個行業，包括紡織、制革、皮革、食品、油漆、造紙和化妝品行業。染色過程中使用了大量的水，產生大量廢水，由于其成分復雜，被認為是各種工業廢水中污染很嚴重的。本次研究采用順序厭氧移動床生物膜反應器和粉末活性炭-好氧膜生物反應器處理紡織廢水。在活性炭反應器中的生物活性可以再生活性炭 。傳統上，活性炭的吸附和生物處理是連續的過程�；钚蕴课�附和生物降解在一個過程中的結合提高了出水質量，降低了運營成本，提高了活性炭的使用率。因此，采用活性炭工藝處理紡織染料廢水，以滿足排放標準和再利用要求。

　　活性炭生物反應器設計

　　運行活性炭-生物反應器以驗證所提出的動力學模型。用經過馴化和濃縮的混合培養物對其進行接種，并使用單條多孔空氣擴散器在均質條件下保持24小時，以形成初始的生物膜附著。圖1是活性炭反應器裝置的示意圖。反應器由玻璃圓筒組成，活性炭用作固定生物膜的支撐介質。反應器的孔隙率為85%。將帶有孔篩的鐵板放置在活性炭的頂部以固定其位置并防止被沖走�；钚蕴糠磻�器需要1.568L的有效操作體積才能產生4小時的水力停留時間，使用循環水浴作為外殼夾套的入口和出口。流入端口位于反應器的底部并用蠕動泵進料。采用運行的單條式空氣擴散器以確保活性炭反應器性能的本體液相中的完全混合條件。定期從活性炭柱測試的進水和流出物中收集樣品用于COD、總懸浮固體(TSS)和揮發性懸浮固體(VSS)測量。

　　圖1：活性炭-生物反應器裝置示意圖。

　　紡織染料廢水吸附常數的測定

　　不同活性炭用量在24和54小時后COD和ADMI的變化如圖2所示。在初始COD濃度為88-136mg/L的情況下，分別通過吸附染料廢水24和52小時來完全去除COD需要45和30g的活性炭用量(圖2ab)。ADMI的降低和去除趨勢隨活性炭用量24和52小時的變化與COD變化相似(圖2)。ADMI隨著活性炭用量的增加而降低�；钚蕴课�附24小時和52小時后，殘留ADMI分別為4-5和5-7。隨著活性炭用量≥30g，ADMI的去除效率從88-96%提高到90-95%。

　　圖2：不同活性炭重量下化學需氧量(COD)和顏色單位(ADMI)的變化，(a)COD減少，(b)COD去除，(c)ADMI減少，和(d)ADMI去除。

　　活性炭反應器中的COD利用率

　　來自現場處理廠的紡織染料廢水的流出物用于評估通過吸附和生物降解在活性炭反應器中的COD去除效率。將初始生物膜厚度指定為0.2-9μm作為數學模型的輸入值。因此，假設為5.5μm的初始生物膜厚度落入0.2-9μm的范圍內。比較測量和預測的數據以驗證活性炭動力學模型系統。活性炭反應器中連續流動的流出物COD濃度隨時間變化，如圖3a所示。由于活性炭反應器充當活性炭吸附器，COD濃度在試運行開始時開始突然增加。COD值在2天的試運行后達到峰值。在2-10天的過渡階段監測COD的減少。COD濃度的下降是由于在此期間活躍的生物膜生長。由于生物膜生長穩定，COD利用率在10-34天的試運行期間變得穩定。穩態階段的實驗結果表明，平均COD去除效率約為94.45%。實驗結果的COD值高于穩態階段模型模擬所得的值。這可能是由于流出物中產生的可溶性微生物產物。

　　圖3：實驗結果和模型模擬(a)COD流出物，(b)生物質生長，(c)流入生物膜和活性炭的通量，(d)COD去除，(e)COD曲線，和(f)COD流出物各種有機負載率(OLR)。

　　活性炭深度處理紡織染料廢水，對活性炭的吸附進行批量實驗以確定吸附常數，由實驗數據和模型模擬確定。本研究中開發的活性炭模型通過運行活性炭-生物反應器來處理來自最終排放點的真實紡織染料廢水進行了驗證。在測試過程中研究了吸附和生物降解的主要機制。出水COD和懸浮生物量的實驗結果與模型模擬吻合良好。COD、NH4+的高去除效率、色澤均達到排放標準，滿足紡織染料廢水的回用要求。本工作中提出的建模和實驗方法可用于設計用于處理紡織染料廢水的全尺寸活性炭-生物反應器，以滿足排放標準和再利用標準。

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