摘要：本文介紹了粉末活性炭的基本結構和性質及其在廢水處理中的應用，論述了粉末活性炭作為吸附劑投加于接觸氧化池中的廢水處理特點。并結合印染廢水的水質特點，采用水解酸化+粉末活性炭-接觸氧化法工藝進行試驗。結果表明印染廢水出水CODcr365mg/L，SS290mg/L，色度80，pH7~8，基本達到三級排放標準。

引言

長期以來，印染廢水因其水量大、有機污染物含量高、色度深、堿性大及水質變化大等特點，一直是國內外難處理的工業廢水之一。特別是近年來化學纖維織物的發展，仿真絲的興起和印染后整理技術的進步，使PVA漿料、人造絲堿解物(主要是鄰苯二甲酸類物質)、新型助劑等難生物降解有機物大量進入印染廢水，其CODcr濃度大幅上升，從而使原有的生物處理系統CODcr去除率從70%下降到50%左右，甚至更低。傳統的生物處理工藝已受到嚴峻挑戰；傳統的化學沉淀和氣浮法對印染廢水的CODcr去除率也僅為30%左右。因此研究開發經濟有效的印染廢水處理技術成為當今環保界的一個重要課題。

1、粉末活性炭在廢水處理中的應用

1.1、粉末活性炭

粉末活性炭屬無定型炭，由許多呈石墨型的層狀結構的微晶不規則地結合而成，具有結晶缺陷。這種特殊結構使粉末活性炭不僅具有吸附能力，而且還起到催化作用和作為生物載體。粉末活性炭內部有無數細微孔隙縱橫相通，其孔徑為1×10^-10~1×10^-6μm，特別是1×10^-10~1×10^-9μm的微孔居多，使活性炭具有大的比表面積（可達1000m²/g）。這些物理特性也是活性炭具有強大吸附能力的原因之一。

1.2、粉末活性炭在廢水處理中應用

普通活性污泥法在污水處理領域應用較早并也得到了廣泛的應用，但因溶解氧控制過高或過低、營養不均衡或設計負荷過高或過低經常容易導致活性污泥膨脹問題，而且一直沒有有效地解決方法。國內外專家針對其缺點開發出了各種改進型的活性污泥工藝如SBR、CASS、接觸氧化、生物選擇器等。但單純的生物處理技術已不能滿足污染成分越來越復雜的印染廢水的處理，特別是對印染廢水色度處理的要求。所以，來源廣泛且容易再生，能反復利用的粉末活性炭（PAC）得到廣泛應用。由于粉末活性炭屬于無定型炭，由許多呈石墨型的層狀結構的微晶不規則地集合而成，具有結晶缺陷。這種特殊的內部結構使活性炭在水處理中不僅有吸附能力而且還起到催化作用。其強大的吸附能力和良好的機械強度使它不僅直接作為優良的吸附劑應用于水處理中，而且還可以與其他材料聯合應用，作為生物載體。

2、印染廢水處理工藝

2.1、印染廢水處理原理

“厭氧水解酸化+粉末活性炭-生物接觸氧化”是在傳統活性污泥技術的基礎上發展、提高起來的，屬于生物膜法的一種。在水解酸化池中利用水解產酸菌迅速分解有機物的特性，將厭氧反應控制在水解酸化階段，在酸化水解池中，厭氧或兼氧微生物在填充于酸化水解池內的填料上形成一層生物膜，廢水流經池內的填料時，廢水中的有機物與生物膜接觸，在厭氧或兼氧微生物的作用下，大分子有機物污染物被分解為小分子有機污染物，不溶性有機污染物被分解為可溶性有機物，從而提高了廢水的可生化性，為下一步生物接觸氧化創造了良好的環境。在此過程中無須充氧，節省了大量動力。

粉末活性炭-生物接觸氧化池也可稱為投加粉末活性炭浸沒式生物濾池，該池內設置了呈立體狀均布組合式填料，為微生物生長創造良好的條件，填料上形成密集的生物群體，經過充氧的廢水與長滿生物膜的填料相接處時均勻的接受微生物的吸附和氧化，污染物得到迅速去除，由于填料下部均勻設置的曝氣管(頭) ，生物膜直接受到上升氣流的強烈攪動，衰老的生物膜易于脫落，生物膜代謝快，保持較高的生物活性。均勻的填料對空氣也起著切割氣泡和再分配的作用，因而提高了氧的利用率。

粉末活性炭-生物接觸氧化法在運行初期，少量的微生物附著于填料表面和粉末活性炭上，由于細菌的繁殖逐漸形成很薄的生物膜。在溶解氧和食物都充分的條件下，微生物的繁殖十分迅速，生物膜逐漸增厚。溶解氧和污水中的有機物憑借擴散作用，為微生物所利用。但當生物膜達到一定厚度時，氧已無法向生物膜內層和粉末活性炭內部擴散，好氧菌死亡，而兼性細菌、厭氧菌在內層開始繁殖，形成厭氧層，利用死亡的好氧菌為基質，并在此基礎上不斷發展厭氧菌。經過一段時間后在數量上開始下降，加上代謝氣體產物的溢出，使內層生物膜大塊脫落。在生物膜已脫落的表面上，新生的生物膜又重新發展起來。在粉末活性炭-接觸氧化池內，由于粉末活性炭的比表面和填料表面積都較大，所以生物膜發展的每一個階段都是同時存在的，使去除有機物的能力穩定在一定的水平上。

2.2、印染廢水水質特征

印染產品生產過程中產生大量有毒有害廢水，其廢水主要來自坯布的煮煉、漂白、染色、水洗及整理等工序，污染元素主要由染料、漿料及助劑等組成，廢水中CODcr為5000mg/L、色度為2000、BOD為1200mg/L、SS為1200mg/L、pH為10~12.8；BOD/CODcr小于0.3，可生化性差。

2.3、印染廢水處理工藝確定

為了探求高效、低耗、投資省的印染廢水處理新技術，近年來在厭氧法與粉末活性炭-好氧法的結合方面進行了大量的實驗研究，獲得了很大的成功。此時與粉末活性炭-好氧法結合的厭氧處理的水力停留時間（HRT）一般為8h左右。這一工藝流程的提出，主要是針對印染廢水中可生化性很差的一些高分子物質，期望他們通過厭氧酸化、酸性發酵，變成較小的分子，從而改善廢水的可生化性，同時去除部分CODcr負荷，為好氧處理創造良好的水質條件。

粉末活性炭-生物接觸氧化法是一種介于活性污泥法與生物濾池之間的生物膜法工藝，其特點是在池內設置填料，池底曝氣對污水進行充氧，并使池體內污水處于流動狀態，以保證污水與污水中的填料充分接觸反應，同時粉末活性炭作為吸附劑投加于接觸氧化池中，將物理吸附和生物氧化法結合在一起，這將優于單純的活性污泥法，通常對色度和難降解CODcr有較好效果。粉末活性炭-生物接觸氧化法一般會增加少量工程投資，但在以后的長期運行中可以完全避免活性污泥法常見的污泥膨脹現象，而且剩余污泥產量明顯少于活性污泥法，降低了污泥處理的費用。

根據蠟印染廢水的水質特點結合工業廢水處理的工程經驗，在選擇和確定本污水處理工藝時，側重考慮廢水以下幾個方面特征。

2.3.1、印染廢水中含有大量的松香、纖維雜物，嚴重影響生化處理效果，因此，須采取恰當的物化處理單元進行預處理。

2.3.2、印染廢水pH值較高，需要在物化處理單元加酸調節，為后續生化處理創造條件。同時印染廢水色度較高，在設計工藝時，需要考慮脫色工序。

2.3.3、蠟染廢水N和P含量偏低，廢水的可生化性差，在菌種的馴化過程中需在生化處理單元中投加磷酸二氫氨等物，為生化處理創造良好的條件。

經多方案比較“厭氧水解酸化+粉末活性炭-生物接觸氧化+強氧化脫色”工藝（如附圖）具有投資省，對COD、BOD、SS、氨氮和色度等的去除率高成本低，出水水質好，耐沖擊負荷能力強,，剩余污泥穩定和無需消化處理等優點。

3、試驗結果與分析

從各處理單元的處理效果（如附表）顯示，“厭氧水解酸化+粉末活性炭-生物接觸氧化+強氧化脫色”工藝的應用很大的提高了印染廢水的處理效果，特別是對色度的處理。厭氧水解酸化池（池內掛有填料）利用厭氧菌和兼氧菌，使廢水中難降解的大分子有機物降解為小分子有機物，為后續的生物接觸氧化創造了良好的條件；如表所示CODcr去除率達到了25%。由于粉末活性炭將物理吸附和生物接觸氧化法結合在一起，CODcr、BOD、SS、和色度等的去除率高，分別達到86%、82.5%、65%和90%，出水的消毒、固體物的沉淀處理系統的穩定以及嗅味的控制方面均有改善；同時投加的粉末活性炭由于其吸附作用改善了污泥沉降性能，降低了SVI，提高了二沉池固液分離能力，提高了不可降解COD和TOC的去除率，特別是能有效地去除印染廢水的色度和嗅味，減少了曝氣池的發泡現象；改善污泥絮體的形成，這是由于粉末活性炭與絮體結合后，絮體密度加大再加上粉末活性炭的多孔性，絮體與之結合更充分；提高了工藝的處理效果，大大改善了出水水質。

附表：各處理單元的處理效果

4、結論

通過對“厭氧水解酸化+粉末活性炭-生物接觸氧化+強氧化脫色”工藝的應用實驗表明，水解酸化-粉末活性炭-接觸氧化法優于單純的活性污泥處理工藝如SBR、CASS、接觸氧化、生物選擇器等。投加的粉末活性炭改善了污泥沉降性能，降低了SVI，提高了二沉池固液分離能力；提高了不可降解COD和TOC的去除率，特別是能有效地去除印染廢水的色度和嗅味，減少了曝氣池的發泡現象，這主要得益于粉末活性炭的吸附作用；改善污泥絮體的形成，這是由于粉末活性炭與絮體結合后，絮體密度加大再加上粉末活性炭的多孔性，絮體與之結合更充分；提高了工藝的處理效果，大大改善了出水水質。但粉末活性炭-生物接觸氧化處理工藝也有應該注意的問題，將粉末活性炭投加于接觸氧化池，其排出的剩余污泥為粉末活性炭-生物污泥，具有磨損性，對泵體、池體、接觸氧化池中的填料、二沉池刮泥機械以及污泥處理設備都較高的耐磨要求，選擇材料時要加以考慮。