活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附技术对灰水的分离

　　灰水的定义是所有与家庭用水有关的活动(不包括厕所产生的水)产生的废水，占城市地区废水的50–70%。由于有机物和生物污染物水平较低，灰水是可以用于回收，再循环和再利用的，不过只能是非饮用水用途，包括冲厕，景观灌溉，和地下水含水层补给。在再利用之前，必须对灰水进行灵活的下游利用，并对其进行充分处理，而不会造成潜在的环境风险。在这里，我们研究了微生物电化学电池和活性炭生物滤池用于中水处理的综合过程。特别注意了不同阶段表面活性剂的去除效率，并在独立过程评估活性炭生物滤池的性能，了解液体再循环对活性炭生物滤池性能的影响。

　　活性炭反应器的设置

　　我们对微生物电化学电池的两步集成过程进行研究，然后进行了被动充气的活性炭生物滤池在图1显示，用于灰水处理。微生物电化学电池用中水在四个不同的水力停留时间(HRT)下运行。基于电流密度，一维HRT被认为是合适的。因此，在活性炭生物滤池中对在1天HRT运行的微生物电化学电池废水进行了后处理。作为对照条件，将活性炭生物滤池进一步与生灰水一起运行，并将结果与​​综合处理方案(即微生物电化学电池，然后是活性炭生物滤池)进行比较。

　　图1：(a)活性炭的示意图生物滤池，(b)活性炭生物滤池设置的照片。

　　活性炭生物滤池的性能

　　废水处理：尽管一天和四天当前密度是可比的，但是一天的微生物电化学电池废水中的COD和SS浓度明显高于四天。但是，从能源回收的角度看，一日热力发电仍然很有吸引力。因此，进一步评估了一天水力停留时间的微生物电化学电池流出物是否需要用活性炭生物滤池进行后处理。活性炭生物滤池反应器在去除表面活性剂方面非常高效，这可能是由于其高吸附能力，出水阴离子表面活性剂浓度仅为0.74mg/L。将接触时间缩短至0.5h后，出水TCOD浓度为8mg/L时，TCOD去除效率为98.4%。在这种情况下，TSS的平均浓度为12mg/L。此外，表面活性剂的流出物浓度略微增加到1.88mg/L。对于两种水力停留时间，乙酸盐浓度均<1mg/L。流出物没有表面活性剂的任何特征性气味，并且在持续摇动下不会形成任何泡沫，表明组合的微生物电化学电池加活性炭生物滤池处理的效率，图2显示过程。与其他混合微生物电化学过程相比，微生物电化学电池和活性炭生物滤池证明了在TCOD去除方面高速率处理系统的潜力。在相对较短的水力停留时间上达到了相当的有机物去除效率。

　　图2：生水和活性炭处理过的灰水的照片。

　　原水处理：尽管紧随微生物电化学电池之后的活性炭生物滤池显示出了可喜的结果，但活性炭生物滤池作为独立过程显示出从生水中去除有机物和表面活性剂方面的显着有效性能。接触1小时后，原灰水的TCOD去除效率为95.5%，接触0.5小时后，TCOD去除率略降至92.4%。接触时间为1小时和0.5小时的TCOD浓度分别为21mg/L和35mg/L。最终SS浓度在1小时和0.5小时的接触时间内分别为17mg/L和24mg/L。因此，这些结果表明，单独的活性炭生物滤池也可以提供有效的灰水处理。但是，在活性炭生物滤池之前部署微生物电化学电池可能会提供能量/资源回收的机会，而活性炭作为独立过程是不可能的。此外，使用原灰水运行的活性炭生物滤池出水不能满足推荐的重复使用准则。1小时HRT的表面活性剂浓度为5.5mg/L，在0.5小时的HRT下表面活性剂的浓度进一步增加至24±3mg/L。两种条件下的流出物在摇动时都会形成泡沫，这表明存在表面活性剂。因此，将需要进一步提高HRT以满足推荐的出水水质以便重复使用。

　　活性炭生物滤池还可以使用原水进行操作，而无需进行废水再循环。在0.5小时和1小时的接触时间内，活性炭生物滤池反应器中出水的TCOD浓度分别为97mg/L和82mg/L。LAS浓度为23.6mg/L(0.5小时HRT)和20mg/L(1小时HRT)。因此，在消除液体再循环之后，流出物质量大大降低。在不进行再循环的情况下对生物滤池进行进一步测试时，观察到当HRT增加到3–6小时，反应器的出水水质可达到再循环的水质。因此，结果表明，废水的再循环对于减轻传质限制，促进污染物与生物膜之间的相互作用以及活性炭对污染物的吸附至关重要。

　　活性炭吸附技术对灰水的分离发现，微生物电化学电池和活性炭生物滤池的综合处理系统可以为TCOD和阴离子表面活性剂提供约99%的去除率，总水力停留时间为25小时。液体的再循环在活性炭生物滤池的运行中起着至关重要的作用。尽管结果表明好氧活性炭生物滤池可以为灰水提供独立的解决方案，但能量回收的潜力及其随后用于增值产品的利用可能会成为未来研究和优化的巨大动力。尽管如此，仍需要进一步研究来优化工艺参数，扩大规模，技术经济性以及对集成工艺的生命周期评估。

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