摘要：活性炭過濾吸附技術(shù)在污水凈化領(lǐng)城的應(yīng)用，對減少污染排放和排放污水達(dá)標(biāo)具有重要意義。通過技術(shù)合作，引入美國以活性炭為基質(zhì)的水處理吸附過濾材料的較新研發(fā)成果，結(jié)合現(xiàn)行工藝流程中各參數(shù)的可行性和可用性研究，以及對廢水處理需求發(fā)展的實際狀況，通過對活性炭的化學(xué)、物理改造，開發(fā)出一系列以活性炭為基質(zhì)的高科技新型水處理產(chǎn)品。進(jìn)一步對新開發(fā)的活性炭在排放污水中進(jìn)行凈化處理試驗，效果明顯，得到了用戶的認(rèn)可。

隨著工業(yè)生產(chǎn)的擴(kuò)大和工藝技術(shù)的復(fù)雜化，大量污水無組織排放以及污水處理設(shè)施的非有效運行使我國水環(huán)境總體惡化、水環(huán)境污染事件時有發(fā)生，已嚴(yán)重影響到事發(fā)區(qū)域人群的身體健康和生活水平，對我國生態(tài)文明的建設(shè)提出了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

目前國內(nèi)外均對改性活性炎在污染治理方面的應(yīng)用有一些研究，主要方法是采用物理、化學(xué)方式對活性炭進(jìn)行處理，但工藝和技術(shù)均不能滿足國際市場對新發(fā)現(xiàn)污染物的處理要求，經(jīng)過山西中綠環(huán)保集團(tuán)有限公司和美國研究機(jī)構(gòu)的國際合作，以活性炭為載體，采用物理、化學(xué)方法對活性炭進(jìn)行改性處理，在活性炭中植入不同的大分子集團(tuán)，開發(fā)能吸附二惡烷、過氯酸鹽、六價鉻及殺蟲劑、制藥生產(chǎn)中降解物等新型活性炭。通過初步試驗應(yīng)用，證明通過給用戶原有污水處理設(shè)施中增加活性炭吸附系統(tǒng)，可以有效地減少廢水中污染因子含量。本技術(shù)的特點包括運行費用低、占地面積小，且系統(tǒng)運行穩(wěn)定等優(yōu)勢，使該技術(shù)在廢水深度處理中有實際應(yīng)用價值和競爭優(yōu)勢。

1 活性炭過濾吸附技術(shù)原理及工藝流程

1.1 技術(shù)原理和材料選擇

在處理工業(yè)廢水中，活性炭在一級、二級、三級處理工序中均可使用，但為了經(jīng)濟(jì)節(jié)約，多數(shù)選擇在末級處理工序使用。對于污染成分復(fù)雜的工業(yè)廢水，通常需要將幾種處理工藝組合起來進(jìn)行處理，活性炭往往在組合工藝最后的深度處理中應(yīng)用。另外，活性炭還可以與不同的材料聯(lián)合應(yīng)用，組成新的工藝技術(shù)，以取得更好的處理效果。

活性炭是過濾吸附技術(shù)的重要組成部分，其性質(zhì)及性能直接關(guān)系到過濾吸附工藝運行效果的好壞，本研究主要選擇了自制的1號圓柱狀的活性炭材料作為主要吸附材料。這種圓柱狀的活性炭過濾吸附料是以煤為主要原料燒制而成，具有良好吸附性能，它化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、能夠再生、機(jī)械強(qiáng)度高，可重復(fù)利用。同時，又克服了傳統(tǒng)活性炭價格高、機(jī)械強(qiáng)度低、易粉碎等缺點，使其成為高性價比的過濾吸附材料。經(jīng)過測定并與優(yōu)良炭性能比較，1號圓柱狀的活性炭指標(biāo)見表1。

表1 1號圓柱狀活性炭性能指標(biāo)

1.2 工藝流程

經(jīng)過初級處理的廢水經(jīng)過格柵、生化物化系統(tǒng)后，出水被送至以活性炭為過濾吸附料的過濾吸附系統(tǒng)，當(dāng)廢水流過過獨吸附系統(tǒng)時，廢水中的殘留有機(jī)物、殘留懸浮物等通過活性炭的過濾、吸附實現(xiàn)污染物與水體的分離，使污水轉(zhuǎn)化為可達(dá)標(biāo)排放的清水。其中，過濾吸附系統(tǒng)可以根據(jù)用戶排放的廢水污染物濃度的不同，設(shè)置多個處理級數(shù)選擇不同特性的吸附材料，但最多不超過三級；否則會帶來活性炭再生成本的急劇增加。如果三級還不能達(dá)到要求，建議采用其他方法進(jìn)行深度處理。

2 活性炭過濾吸附技術(shù)主要特點

2.1 生產(chǎn)成本低

以煤為原料即可以生產(chǎn)出低成本、高性能的活性炭。由于在山西地區(qū)煤藏豐富，品種繁多，足以滿足以煤為基礎(chǔ)的低成本活性炭的生產(chǎn)。而達(dá)到吸附飽和的活性炭又可以通過高溫再生重復(fù)利用。經(jīng)過試驗，普通污水環(huán)境下的活性炭再生次數(shù)可以達(dá)到5次，超過5次再生的活性炭性能會大幅下降，再生成本會大幅上升。

2.2 處理費用低

相對于其他深度處理技術(shù)來說，活性炭過濾吸附技術(shù)約為用戶節(jié)約廢水處理電力消耗量65%，如果按每天處理0.5萬t廢水，每噸廢水處理降低0.3kW.h電能消耗計算，僅廢水處理每天即可為用戶節(jié)省電力1500kw·h，每年可為州戶節(jié)省電力50多萬kw·h。具體處理費用見表2。

表2 活性炭過濾吸附技術(shù)費用

2.3 占地面積小

以采用活性炭過濾吸附技術(shù)處理規(guī)模為0.5萬t/d的化工廢水工程為例，末級處理水COD為150m/L，活性炭吸附后出水COD為45mg/L。濁度≤3Ftu，處理設(shè)施的占地面積1300m²，相對較小。

2.4 維護(hù)簡單

活性炭過濾吸附技術(shù)針對制藥廢水、城市污水、造紙中段廢水等多個行業(yè)污水、廢水進(jìn)行了試驗應(yīng)用。經(jīng)過檢測，均達(dá)國家新頒布的行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

活性炭過濾吸附系統(tǒng)運行對水量、水質(zhì)波動的適應(yīng)能力強(qiáng)，并且受水溫、氣候、溫度變化的影響比較小，管理人員日常工作主要為水質(zhì)分析儀運行觀察和設(shè)備維護(hù)等，只有經(jīng)過較長的時間段才需要做活性炭更換、再生活化。水質(zhì)監(jiān)測由于使用了自動分析儀技術(shù)，無需經(jīng)常監(jiān)測，只要注意定期對系統(tǒng)標(biāo)定一次就可以了，且活性炭更換、再生活化可以實現(xiàn)機(jī)械化，工作強(qiáng)度大大降低。

3 活性炭可再生使用

活性炭再生工藝主要采用高溫再生，具體包括干燥、高溫碳化、活化3個階段。其中高溫碳化的機(jī)制為，在惰性氣體環(huán)境下加熱到900℃，使活性炭吸附的有機(jī)物沸騰，氣化脫附或者分解；而活化機(jī)制需要高壓注入二氧化碳等氣體對活性炭的微孔進(jìn)行清理，實現(xiàn)回收利用的目的。

4 結(jié)束語

為了進(jìn)一步優(yōu)化水資源環(huán)境，對污水排放進(jìn)行更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)管控勢在必行。在部分現(xiàn)有污水處理設(shè)施無法完全滿足廢水排放要求的背景下，為實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，利用活性炭過濾吸附技術(shù)進(jìn)行廢水處理的應(yīng)用研究非常有意義。本項目的研究表明，活性炭過濾吸附技術(shù)可以作為廢水處理的末級工序，取得良好的凈化效果和較好的經(jīng)濟(jì)效益。