在水處理技術(shù)中，吸附技術(shù)非常悠久。早在一百年前，人們就開(kāi)始使用活性炭進(jìn)行水的凈化。但是由于活性炭?jī)r(jià)格昂貴，長(zhǎng)期以來(lái)，主要集中在飲用水深度處理領(lǐng)域，典型工藝路線為“臭氧+生物活性炭”，目前已成為控制飲用水中微污染物的主流技術(shù)。在家用凈水器中，活性炭柱也是標(biāo)配?？梢哉f(shuō)，活性炭吸附水處理技術(shù)是家喻戶曉的技術(shù)。

活性炭的吸附主要靠?jī)?nèi)部的孔道。按照國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)(IUPAC)的定義：孔徑小于2納米的稱為微孔，孔徑在2到50納米之間的稱為中孔，孔徑大于50納米的稱為大孔。在吸附過(guò)程中，大孔是物質(zhì)傳輸?shù)耐ǖ?，中孔和微孔是吸附位點(diǎn)。一個(gè)合理的吸附劑需要與被吸附的污染物進(jìn)行匹配，即空間位阻效應(yīng)。

在工業(yè)應(yīng)用中，常采用碘值來(lái)表征比表面積尤其是微孔的表面積，微孔活性炭的比表面積一般為800-1000m2/g。長(zhǎng)期以來(lái)，活性炭的應(yīng)用(水處理)和生產(chǎn)(煤化工)脫節(jié)，生產(chǎn)單位不清楚用戶的需求，用戶的需求無(wú)法有效傳遞給生產(chǎn)，在活性炭的使用中普遍存在“萬(wàn)金油”現(xiàn)象，應(yīng)用需求和炭種不匹配，造成大量的資源浪費(fèi)，也一定程度上限制了吸附水處理技術(shù)的發(fā)展。

活性焦，Lignite-coke，是中國(guó)電科院國(guó)電富通團(tuán)隊(duì)以褐煤等低變質(zhì)煤為主要原料，開(kāi)發(fā)的一種新型炭質(zhì)吸附材料，并實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)噸級(jí)的工業(yè)化生產(chǎn)，形成了活性焦企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和系列化產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的活性炭相比，活性焦孔徑結(jié)構(gòu)中孔較為發(fā)達(dá)，比表面積較低(500-6002/g)，價(jià)格低廉。

活性焦與活性炭的孔徑結(jié)構(gòu)與吸附性能對(duì)比示意

由上圖可以看出，如果廢水中含有較多的大分子污染物，微孔活性炭的吸附去除效果是低于活性焦的，換句話說(shuō)，如果要達(dá)到對(duì)大分子污染物相同的吸附處理效果，微孔活性炭的投加量要高于活性焦，運(yùn)行成本自然十分昂貴。煤化工廢水、印染廢水、制藥廢水中含有大量的大分子難降解污染物，活性焦對(duì)之有很好的吸附性能。

鑒于活性焦的中孔特點(diǎn)，原來(lái)在自來(lái)水應(yīng)用領(lǐng)域常用的碘值，已經(jīng)不能表征其吸附性能，迫切需要有一種新的指標(biāo)體系。

吸星大法與化功大法

難降解工業(yè)廢水的典型工藝流程為“預(yù)處理-主體生化-后處理”，生化處理是核心，而合適的預(yù)處理則是達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。生化降解猶如“化功大法”，利用微生物的代謝將污染物化之于無(wú)形;活性焦吸附則如“吸星大法”，通過(guò)物理性的吸附，強(qiáng)化生物降解，提升了對(duì)污染物的處理能力。

本技術(shù)成果利用活性焦對(duì)大分子難降解物質(zhì)的選擇性吸附作用，對(duì)生化過(guò)程進(jìn)行強(qiáng)化，延長(zhǎng)微生物與污染物的作用時(shí)間，提升處理效果和系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力，在保障出水水質(zhì)的前提下減少生化處理單元的構(gòu)筑物尺寸，縮短水力停留時(shí)間。國(guó)電團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)出新型動(dòng)態(tài)吸附池、生物流動(dòng)床、活性焦生物濾池等反應(yīng)器，成功地掌握了廢焦回流、氣液耦合流態(tài)化等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了傳質(zhì)和強(qiáng)化反應(yīng)。

尤其是在強(qiáng)化預(yù)處理方面，創(chuàng)造性地利用含焦剩余污泥絮體的高比面積和逆流吸附廢焦的剩余能力，大大增強(qiáng)了預(yù)處理單元對(duì)難降解物質(zhì)的去除，從而提升了整體工藝的效率。

LAB工藝路線圖

本技術(shù)成果申請(qǐng)11項(xiàng)，發(fā)表論文6篇，通過(guò)了中國(guó)化工學(xué)會(huì)組織的專家鑒定，形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的活性焦吸附生物降解耦合技術(shù)(LAB, Lignite-coke Adsorption Biodegradation)。

本技術(shù)成果成功應(yīng)用于全球規(guī)模大的煤制氣廢水項(xiàng)目(大唐克旗)，以及我國(guó)大的制藥園區(qū)廢水處理項(xiàng)目(石家莊良村南)等多個(gè)重大工程項(xiàng)目，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。本技術(shù)還獲得2016年度環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)，是一項(xiàng)適用于難降解廢水的新建和改造工程的實(shí)用技術(shù)。

活性焦技術(shù)在煤化工廢水中的應(yīng)用實(shí)踐

內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰煤制天然氣是煤制氣示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目所產(chǎn)生的綜合廢水中CODCr在3500 mg/L左右、氨氮在200 mg/L左右，廢水含高濃度有機(jī)污染物包括酚類、多環(huán)芳香族化合物及含氮、氧、硫的雜環(huán)化合物等，色度高，是一種典型難降解工業(yè)廢水。項(xiàng)目采用生化+深度處理工藝，其中深度處理采用LAB技術(shù)，出水COD小于50mg/L。

活性炭吸附是利用活性炭的多孔性質(zhì)，使水中一種或多種有害物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法?；钚蕴课綄?duì)于去除水中有機(jī)物、膠體、微生物、余氯、嗅味等具有良好的效果。同時(shí)由于活性炭具有一定的還原作用，因此對(duì)于水中的氧化劑也具有良好的去除作用。

由于活性炭的吸附功能具有一飽和值，當(dāng)達(dá)到飽和吸附容量時(shí)，活性炭濾池的吸附功能將大大降低，因此需要注意分析活性炭的吸附能力，及時(shí)更換活性炭或通過(guò)高壓蒸汽進(jìn)行消毒恢復(fù)。但同時(shí)活性炭表面吸附的有機(jī)物有可能成為細(xì)菌繁殖的營(yíng)養(yǎng)源或溫床，因此活性炭濾池內(nèi)微生物的繁殖問(wèn)題也值得引起注意。定期的消毒對(duì)于控制細(xì)菌繁殖是有必要的。值得注意的是，在使用活性炭的初期(或新更換過(guò)活性炭運(yùn)行初期)，少量的細(xì)微的粉末活性炭有可能隨水流進(jìn)入到反滲透系統(tǒng)，而造成反滲透膜流道的污堵，引起操作壓力升高、產(chǎn)水量下降和系統(tǒng)的壓降上升，而且這種破壞作用很難用常規(guī)的清洗方法恢復(fù)。所以必須將活性炭沖洗干凈，去除細(xì)小粉末后才能將過(guò)濾水送至后續(xù)RO系統(tǒng)。活性炭的作用很大，但是使用中也要注意消毒以及新活性炭一定要沖洗干凈。

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