生物活性炭PACT工艺研究

1、生物活性炭(PACT)工艺研究1引言生物活性炭法(PACT)是指将粉末活性炭投加到好氧系统的回流污泥中，通过含炭污泥中 粉末活性炭(PAC)与活性污泥中微生物的相互作用，提升对废水中污染物的去除效果.目前较 多应用在印染废水、化工废水、垃圾渗滤液的处理中研究表明，PACT工艺的促进机理主要 在于系统内“吸附-降解-再生-再吸附”的协同作用，涉及到复杂的吸附与生物降解同步作 用过程，因此在具体微观机理和动力学模型方面仍有研究空间.此外，对PACT工艺的宏观生 物强化效果，也缺乏全方位的表征，使得PACT工艺在实际运行中缺乏相应的针对性.本文以印染园区实际综合废水为处理对象，主体处理工艺为水解酸化

2、+AZ/O工艺，通过 平行对比A2/O与A2/O(PACT)中试运行效果，从常规处理指标(尤其是低温运行条件下)入手 对比PACT工艺的强化作用，再通过毒性、重金属指标、GC-MS、紫外-可见光光谱等表征手 段，重点研究PACT系统的生物强化特性，探讨PACT工艺的主要作用目标和规律.本研究对 深入理解PACT工艺作用机理、提高PACT作用效率以及实现园区综合废水的有效处理，具有 较大的借鉴意义.2材料与方法实验水样及材料实验以苏南某印染废水为主(印染废水占85%，化工废水占10%，生活污水占5%左右)的 园区集中污水处理厂水解酸化处理出水为试验对象(进水).由于进水水质不尽相同，因此其 具体

3、水质指标见相应实验结果.粉末活性炭为100目木质炭(溧阳东方活性炭厂)，经检测(ASAP2010，Micromeritics, 美国)，该粉末活性炭的内部性质为：BET比表面积532.26 m2 g-1,微孔(2 nm)体积 0.1 cm3 gT,中孔(250 nm)体积 0.449 cm3 gT,平均孔径 3.8 nm.实验装置及运行条件本研究的实验装置如图1所示.A?心(FACT反应那二湿池图1实验装置结构图中试实验装置含A2/O反应器以及二沉池，其中A2/O反应器有机玻璃材质，有效容积为1.0 m3.二沉池为竖流式沉淀池，表面负荷0.63 m3 - m-2 - h-1. A2/O反应器实

4、验装置 内分5格，HRT比为2 : 2 : 2 : 2 : 1,其中前二格可以实现回流及搅拌，形成A2/O 反应器.运行条件：废水处理量1.0 m3 - d-1，即系统HRT=24 h.污泥回流和硝化液回流比均 为100%.根据之前的实验结论，PACT工艺中粉末活性炭的投加量为100 mg L-1,分两次 均匀干式投加，总投加量为100 g d-1.启动时活性污泥投加量为1500 mg L-1(MLSS 当量)，污泥MLSS超过4000 mg L-1时适当排泥.装置运行时溶解氧控制在3.0 mg L-1. 除特殊说明外，实验条件均为常温，检测数据为1个月平均值.实验与分析方法总有机碳的检测仪器

5、为岛津TOC-V CPH.毒性的检测使用仪器为deltaTOX ，仪器可以 精确检测光子数来推断发光细菌存活量，其中光损失数代表水样的毒性(详见表1).金属离 子含量的检测采用电感耦合等离子光谱(ICP-AES),型号J-A1100.表1光损失数与毒性关联性光损失数20% 45%-45%70%毒性微毒或无毒低毒中毒高毒采用GC-MS检测废水中所含有机物，仪器型号及具体检测方法参考相关文献报道紫外-可见吸收光谱仪型号为岛津UV-2201.分子量测试采用凝胶渗透色谱(GPC)方法进 行测试，仪器：Waters 515型凝胶色谱仪，Waters 2410示差折光检测器，标准品：聚乙二 醇(PEG).

6、柱子:Waters Ultrahydrogel 500 和 Ultrahydrogel 120 两柱串联(7.8 mm X 300 mm); 流动相：0.1 mol - L-1硝酸钠水溶液;流速：0.8 mL - min-1;进样量：50 4L;柱温： 40 .采用扫描电镜(S-3400N II, 口五。反，日本)对实验中相关活性污泥进行表征.其他实验分析指标中，包括MLSS、COD等均按照国标法进行测试.3结果和讨论常规指标去除效果从反应器常规运行角度出发，比较了投加粉末活性炭前后A2/O反应器处理效果的变化， 具体见表2.表2 A2/O与A2/O(PACT)对常规指标的去除效果对比分析工艺

7、cotmg-L-1)J 献乱 (mgL-1)TN/ (mgL-1)TP/CmgL-1)色度， 倍MLSSy (mg-L-1)SVsvu(mLg-1)进水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%由表对比可知，PACT工艺对COD去除率的提升超过10%，同时在色度去除方面具有较高 的强化作用，但在氨氮、总氮和总磷的强化去除方面，PAC

8、T系统的促进效果均不明显.通过 计算，在实际处理浓度较低的综合印染废水水解酸化出水时，PACT的处理效果可以达到 0.61.0 kg kg-1活性炭.此外，活性炭的投加对生化系统污泥的形态也有促进效果，可 以有效降低SVI指数，控制污泥膨胀.在此基础上，重点考察了低温条件下（10以下）A2/O反应器的长期稳定运行效果，尤 其是在粉末活性炭投加前后对COD的去除效果对比，具体见图2（横坐标为实验日期）.OOOOOO WO 05050 505 4 3 3 2 2 1 I-.f 08Detection Datel 月-0)a 一常温口t一进水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).对比投加粉末活性炭 前后的光谱可知，A2/O(PACT)在谱图上显示有明显的强化去除效果，尤其是在250300 nm 吸光段，这些均反应到显色有机物的去除上，与常规分析相吻合.此外，UV-VIS光谱在465 nm(E4)和665 nm(E6)处的吸光度单独列出，对比E4/E6，其 值如表7所示.表7 UV-VIS光谱在465 nm(E4)和665 nm(E6)处的吸光度比值出水进水皑口 A2/

10、O(PACT)E4/E6 2.27 2.232.16E4/E6的值正比废水中分子量大小(Chin et al., 1994).检测结果体现为随着生物强化 处理的深入，大分子量的有机物越来越少，说明大分子物质(染料类，显色物质等)存在强化 降解的过程，相比之下，A2/O(PACT)对这些物质的去除效果更好.分子量分布检测GPC的测试结果表8所示.表8 A2/O与A2/O(PACT)出水分子量分布对比分析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 而对比A2/O和A2/O(PACT)出水可知，

11、8001000 Da部分的大分子物 质有所降低，说明高分子的显色有机物得到更有效的去除，这与E4/E6检测结果相吻合.具 体参见污水宝商城资料或更多相关技术文档。污泥镜检及SEM检测通过镜检考察PACT工艺对A2/O反应器中生物相的影响.研究表明：A2/O与A2/O(PACT) 中的生物相基本类似，均检测出钟虫、草履虫、轮虫等微生物此外，在A2/O(PACT)还检出 红斑票剧本虫(图5b,照片中黑点为粉末活性炭)，而在A2/O中未检出，说明A2/O(PACT)的 生物相更好，从侧面也反应出其对污染物的去处理效果更好图5好氧池中的生物相(a.轮虫，b.红斑票剧本虫)为更深入对比污泥形态，通过SE

12、M对比A2/O中的活性污泥和A2/O(PACT)中的含炭污泥， 结果如图6所示.由图可知：图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)中的活性污泥层次明显，菌种含量较多，里面有很多丝状细菌连 接，通透，呈现一种复合网状结构.2)相比之下，A2/O(PACT)污泥结构更为松散，菌种含量更多，面除了壳状的钟虫，还有 很多丝状细菌，链状球菌.3)投加在活性污泥中的活性炭，在可见的条件下，表面均附有一些微生物，PACT系统 中活性炭上覆盖较多的微生物，钟虫、丝状菌均可以将粉末活性炭作为载体进行固定，以此 体现强化生化降解效果.4结论1)PACT生物强化作用主要体现在COD的去除方面，对于印染废水水解酸化处理出水， COD的强化去除效率提升超过10%.此外，PACT系统在色度的去除以及对污泥沉降性能的提 升方面，均有较好的强化效果.在低温条件下，投加粉末活性炭可以有效提高系统处理效果 的稳定性.2)相比A2/O, A2/O(PACT)在特征有机物的去除方面具有更好的效果，尤其对苯胺类、 萘类和杂环类物质，具体也体现到毒性的