活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　水热碳化工艺是在180至260°C的压力容器中使用生物质悬浮液进行的。反应阶段完成后，通过过滤分离固体产物和生产用水。对于生产用水的排放，检测发现酸性的，其主要成分为乙酸，甲酸，乙酰丙酸和乙醇酸，以及羟甲基糠醛等难降解的有机物。一般处理方法在活性炭上吸附去除水中的厌氧和好氧降解后残留的有机物。本次我们研究使用颗粒活性炭的吸附以及臭氧化与生物降解的结合，来预处理去除工艺水中难处理的有机物。

　　研究活性炭吸附的方法

　　通过确定总体等温线(溶解的有机碳(DOC)等温线)并进行动力学测试和柱测试，研究了预处理难降解有机物的吸附。为此选择了颗粒状活性炭，它以颗粒形式用于动力学和色谱柱测试。对于等温线实验，将活性炭颗粒在球磨机中压碎。所得粉末状活性炭的粒径小于40μm。等温线数据通过应用瓶点法确定。对于每个实验，将0.1到2.0 g的活性炭添加到0.2 L的溶液中。先前的测试表明，接触时间72小时足以达到平衡。平衡后，将瓶从振荡器中取出，通过0.45 µm膜过滤样品，并分析DOC。从质量平衡计算固相DOC浓度。

　　活性炭吸附

　　预处理的水热碳化废纤维和细覆盖废水的总体等温线如图1所示。因此，不可降解的有机物很好地吸附在活性炭上，而细覆盖有机物的固相浓度要低得多。通过将IAST模型与实验数据拟合来评估数据，该实验数据是针对两种不同的初始浓度(原始和稀释废水)获得的。作为拟合标准，使用最小化测量和计算出的水相浓度之间以及实验和计算出的固相浓度之间的相对偏差。经过色谱图实验表明，颗粒活性炭可以很好地去除有机物，在56 cm色谱柱中经过约75小时后，首先发生了10%的穿透。相比之下，细料覆盖的有机物在20小时后已经在第二个色谱柱中达到了50%的突破，因此颗粒状活性炭对它们的吸收受到更大的限制。

　　图1:预处理过的水热碳化废纤维和细覆盖处理水的总体等温线的比较。

　　动态吸附模型适用于预测颗粒状活性炭塔中难熔有机物的吸收。列出的色谱柱容量证明了这一结论，其中测得数据与预测数据之间的平均偏差仅为17%。数字再次表明，废纤维有机物的容量比高分子细覆盖有机物的容量高得多。通过颗粒状活性炭去除>90%的废纤维有机物是现实的。因此，如果需要的话，该方法适于确保低的废水浓度。另一方面，细覆盖有机物的去除效率仅在运行的前20小时才高于50%。这既可以归因于细覆盖有机物的较弱的吸附性，也归因于它们较慢的吸附动力学。在技​​术规模上，确切的去除效率和操作时间将取决于吸附器的操作条件。根据此处提供的数据，可以得出结论，对于细覆盖废水，不能认为活性炭吸附是合适的后处理工艺。此外，可以从处理后的垃圾渗沥液的通过粒状活性炭作比较，因为即使达到稳定的填埋场也继续产生渗滤液。很多例子表明，活性炭在实践中已成功地用于去除难处理的有机物。

　　臭氧化研究

　　臭氧化对使用两种不同臭氧剂量的预处理废水的影响如图2所示。旨在将少量的250 mg/L的臭氧和较高的500 mg/L的臭氧转移到活性炭中。但是，由于实际测试中的条件，实际剂量与这些值有所不同。分别在图2中指定的臭氧剂量是转移到液相中的臭氧的有效量。虽然较低的剂量(200至255 mg/L)被认为对于部分氧化是合理的，但较高的剂量应表明更广泛的氧化将对耐火有机物质产生什么影响。

　　图2:经过臭氧化处理对预处理的水热碳化用过的纤维废水(左)和细覆盖废水(右)的影响。

　　处理方案

　　在图3中，显示了彻底处理水热碳化工艺废水的建议方案。有机物质的主要吸收者是生物阶段。如果目标是养分回收，则应在厌氧反应器的上游进行。在厌氧阶段添加共底物可以帮助稳定厌氧降解。如果需要进一步去除难熔有机物，则应优先选择吸附在活性炭上。在废水具有大量高分子量组分的情况下，该方法将是相当贵的。因此，应将臭氧化与有氧降解结合起来考虑。在这里，可以选择将臭氧水带回主要的好氧反应器，也可以使用单独的反应器，其中生物质可以更具体地适应基质。必须对此进行进一步调查，以找到一种可持续的处理该类废水的工艺方案。但是，活性炭的吸附应始终是最后阶段。

　　图3:彻底处理水热碳化工艺水的建议方案。

　　水热碳化工艺废水的特征在于需要进行初步生物学处理的高浓度有机物。在本文研究中，厌氧-好氧联合处理对细覆盖物的去除效率为87%，对废纤维废水的去除效率分别为94.5%。如果它们具有低分子量，则在活性炭上的吸附非常适合除去残留的难熔有机物，例如在废纤维废水中，因为不可吸附的部分很小，并且主要成分具有很强的吸附性。因此，可以预期高的柱容量。如果难降解的有机物具有高分子量，则应对其进行臭氧化处理，然后再循环至好氧阶段或进行单独的好氧处理，如精细覆盖废水。对于每种实际情况，都需要进行经济分析，以便在考虑特定法律要求的情况下确定合适的处理方案。

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