活性炭深度處理紡織染料廢水

　　染料廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，包括紡織、制革、皮革、食品、油漆、造紙和化妝品行業(yè)。染色過程中使用了大量的水，產(chǎn)生大量廢水，由于其成分復(fù)雜，被認(rèn)為是各種工業(yè)廢水中污染很嚴(yán)重的。本次研究采用順序厭氧移動床生物膜反應(yīng)器和粉末活性炭-好氧膜生物反應(yīng)器處理紡織廢水。在活性炭反應(yīng)器中的生物活性可以再生活性炭 。傳統(tǒng)上，活性炭的吸附和生物處理是連續(xù)的過程。活性炭吸附和生物降解在一個(gè)過程中的結(jié)合提高了出水質(zhì)量，降低了運(yùn)營成本，提高了活性炭的使用率。因此，采用活性炭工藝處理紡織染料廢水，以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)和再利用要求。

　　活性炭生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)

　　運(yùn)行活性炭-生物反應(yīng)器以驗(yàn)證所提出的動力學(xué)模型。用經(jīng)過馴化和濃縮的混合培養(yǎng)物對其進(jìn)行接種，并使用單條多孔空氣擴(kuò)散器在均質(zhì)條件下保持24小時(shí)，以形成初始的生物膜附著。圖1是活性炭反應(yīng)器裝置的示意圖。反應(yīng)器由玻璃圓筒組成，活性炭用作固定生物膜的支撐介質(zhì)。反應(yīng)器的孔隙率為85%。將帶有孔篩的鐵板放置在活性炭的頂部以固定其位置并防止被沖走。活性炭反應(yīng)器需要1.568L的有效操作體積才能產(chǎn)生4小時(shí)的水力停留時(shí)間，使用循環(huán)水浴作為外殼夾套的入口和出口。流入端口位于反應(yīng)器的底部并用蠕動泵進(jìn)料。采用運(yùn)行的單條式空氣擴(kuò)散器以確保活性炭反應(yīng)器性能的本體液相中的完全混合條件。定期從活性炭柱測試的進(jìn)水和流出物中收集樣品用于COD、總懸浮固體(TSS)和揮發(fā)性懸浮固體(VSS)測量。

　　圖1：活性炭-生物反應(yīng)器裝置示意圖。

　　紡織染料廢水吸附常數(shù)的測定

　　不同活性炭用量在24和54小時(shí)后COD和ADMI的變化如圖2所示。在初始COD濃度為88-136mg/L的情況下，分別通過吸附染料廢水24和52小時(shí)來完全去除COD需要45和30g的活性炭用量(圖2ab)。ADMI的降低和去除趨勢隨活性炭用量24和52小時(shí)的變化與COD變化相似(圖2)。ADMI隨著活性炭用量的增加而降低。活性炭吸附24小時(shí)和52小時(shí)后，殘留ADMI分別為4-5和5-7。隨著活性炭用量≥30g，ADMI的去除效率從88-96%提高到90-95%。

　　圖2：不同活性炭重量下化學(xué)需氧量(COD)和顏色單位(ADMI)的變化，(a)COD減少，(b)COD去除，(c)ADMI減少，和(d)ADMI去除。

　　活性炭反應(yīng)器中的COD利用率

　　來自現(xiàn)場處理廠的紡織染料廢水的流出物用于評估通過吸附和生物降解在活性炭反應(yīng)器中的COD去除效率。將初始生物膜厚度指定為0.2-9μm作為數(shù)學(xué)模型的輸入值。因此，假設(shè)為5.5μm的初始生物膜厚度落入0.2-9μm的范圍內(nèi)。比較測量和預(yù)測的數(shù)據(jù)以驗(yàn)證活性炭動力學(xué)模型系統(tǒng)。活性炭反應(yīng)器中連續(xù)流動的流出物COD濃度隨時(shí)間變化，如圖3a所示。由于活性炭反應(yīng)器充當(dāng)活性炭吸附器，COD濃度在試運(yùn)行開始時(shí)開始突然增加。COD值在2天的試運(yùn)行后達(dá)到峰值。在2-10天的過渡階段監(jiān)測COD的減少。COD濃度的下降是由于在此期間活躍的生物膜生長。由于生物膜生長穩(wěn)定，COD利用率在10-34天的試運(yùn)行期間變得穩(wěn)定。穩(wěn)態(tài)階段的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，平均COD去除效率約為94.45%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的COD值高于穩(wěn)態(tài)階段模型模擬所得的值。這可能是由于流出物中產(chǎn)生的可溶性微生物產(chǎn)物。

　　圖3：實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模型模擬(a)COD流出物，(b)生物質(zhì)生長，(c)流入生物膜和活性炭的通量，(d)COD去除，(e)COD曲線，和(f)COD流出物各種有機(jī)負(fù)載率(OLR)。

　　活性炭深度處理紡織染料廢水，對活性炭的吸附進(jìn)行批量實(shí)驗(yàn)以確定吸附常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型模擬確定。本研究中開發(fā)的活性炭模型通過運(yùn)行活性炭-生物反應(yīng)器來處理來自最終排放點(diǎn)的真實(shí)紡織染料廢水進(jìn)行了驗(yàn)證。在測試過程中研究了吸附和生物降解的主要機(jī)制。出水COD和懸浮生物量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型模擬吻合良好。COD、NH4+的高去除效率、色澤均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，滿足紡織染料廢水的回用要求。本工作中提出的建模和實(shí)驗(yàn)方法可用于設(shè)計(jì)用于處理紡織染料廢水的全尺寸活性炭-生物反應(yīng)器，以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)和再利用標(biāo)準(zhǔn)。

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