・２０・ 广州化工 ２０１１年３９卷第５期 生物活性炭在印染废水深度处理中的应用进展术 桂震，黄运平，蔡亚君 武汉４３０２００） （武汉纺织大学，湖北摘 要：介绍了生物活性炭（ＢＡＣ）工艺，总结了生物活性炭工艺的发展，例举了生物活性炭工艺在印染废水处理上的应用，分 析了生物活性炭工艺急需解决的问题，并做了简单展望。 关键词：生物活性炭；印染废水；深度处理 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ ｉｎ Ｄｙｅｉｎｇ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ＧＵ／Ｚｈｅｎ，ＨＵＡＮＧ Ｙｕｎ—ｐｉｎｇ，ＣＡＩ Ｙａ—ｊｕｎ （Ｗｕｈａｎ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｕｂｅｉ Ｗｕｈａｎ ４３０２００ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ（ＢＡＣ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｃｔｉ— ｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＢＡＣ ｉｎ ｄｙｅｉｎｇ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｅｎｕｍｅｒａｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｎｅｅｄｅｄ ｔｏ ｒｅｓｏｌｖｅ ｉｎ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，Ａ ｂｒｉｅｆ ｏｕｔｌｏｏｋ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｐｒｏｐａｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ；ｄｙｅｉｎｇ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ；ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 纺织印染行业是我国最重要的支柱型民生产业，同时又是 耗水耗能大户。据全国第一次污染源普查公告，纺织印染行业 ＣＯＤ排放量全行业排名第二，废水排放量约为第三位，且废水回 用率低，同发达国家相比，我国纺织印染业的单位耗水量是发达 国家的１．５—２．０倍，单位排污总量是他们的１．２～１．８倍。印染 废水中染料、浆料、助剂等有机污染物含量高，水量大、色度深、 水质变化大。近年来随着纺织技术进步，像ＰＶＡ浆料、新型助剂 等更为复杂的难生化降解有机物大量进入印染废水，加大了废 水的处理难度，使得诸多企业废水排放难达标…。同时，有些染 料或其母体、中间体为三致物质，染料废水可见度高，它的排放 导致我国三江（淮河、海河、辽河）、三湖（太湖、巢湖、滇池）污染 严重。而随着低碳经济时代的到来以及国家对环境保护的日益 重视，印染行业作为我国典型的重污染型行业，废水排放标准的 １ 生物活性炭工艺及其发展 １．１生物活性炭工艺 １９７８年，Ｍｉｌｌｅｒ Ｇ．Ｗ．和Ｒｉｃｅ在总结欧洲水处理经验时首次 正式提出了“生物活性炭”（ＢＡＣ）一词 Ｊ，在生物活性炭中，活性 炭和微生物构成一个互生系统，活性炭一方面为微生物提供稳 定的栖息环境，另一方面为微生物提供可利用的营养基质，通过 物理吸附作用将某些污染物吸附，并被微生物降解；反过来，微 生物的生物降解作用又可以延长活性炭的使用周期。国内外学 者对活性炭及生物活性炭的对比研究证明，生物活性炭的处理 能力和单纯活性炭吸附容量相比，前者比后者提高２～３０倍，说 明生物活性炭具有微生物和活性炭的叠加和协同作用；同时生 物降解解吸附作用能够大大延长活性炭的使用周期 。 生物活性炭工艺综合活性炭与微生物的作用，使得污染物 停留时间延长，固定化生物处理污染物，大大减少污泥量。同时 通过活性炭的吸附作用，有效去除废水色度及有毒有味物质，此 外还对油性物质具有较强吸附去除作用。 提高已箭在弦ｔ。在代替ＧＩＭ２８７—１９９２的国家标准《纺织染整 工业水污染物排放标准》征求意见稿中 ，各项标准均有提高， 在环境容量小的东南五省（江苏、上海、浙江、福建和广东），更是 提高了一倍。因此实现印染行业废水的深度处理及回用问题已 成为行业呵持续发展的当务之急。 生物活性炭工艺利用生物及活性炭的双重作用，以其出水 水质稳定呵靠、无异味、处理成本低而在污染水源净化、工业废 水处理及污水回用上迅速得到推广应用。目前，已有国内外学 者将该工艺应用于印染废水深度处理及回用，但国内总体上处 于探索阶段 １．２生物活性炭工艺的发展 活性炭相对于其他填料来说，价格相对昂贵一些。因此在 生物活性炭工艺中，对于进水要求有一定。一般来说，进水 浊度要低，无较大颗粒物悬浮物，进水ＣＯＤ不能太大，否则容易 造成活性炭饱和吸附及菌体疯长，进而影响出水水质。由于生 物活性炭的一些应用，使其目前只能应用于低污染生活用 水、二级生化出水等的处理上。为了突破这些，国内外学者 在提高该工艺的实用性上做了不少研究。 基金项目：”十一‘五”水体污染控制与治理科技重大专项子题项目（Ｎｏ：２００８ＺＸ０７３１７—００２一Ｏｌ一０５）。 作者简介：佧震（１９８６一），男，硕士，主要从事环境微生物方面研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｇｕｉ．ｚｈｅｎ＠１６３．ｃｏｍ 通讯作者：蔡亚君。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｕｎｉａｃａｉ＠１６３．ｃｏｒｎ ２０１１年３９卷第５期 广州化工 ・２ｌ・ １．２．１ 传统工艺与生物活性炭工艺的组合应用 除，是印染废水深度处理工艺需要解决的主要问题，因此，国内 砂虑是最常用的前处理工艺，砂虑可以去除大部分颗粒 外很多专家学者对印染废水深度处理技术进行了大量的研究， 物，因此在饮用水处理中较为常用。此外气浮、接触氧化、ＳＢＲ 主要有吸附过滤技术、膜分离技术、ＭＢＲ技术和高级氧化技术。 等传统工艺与生物活性炭联用，可以极大减轻生物活性炭工艺 同时也有不少学者尝试将生物活性炭这种新工艺应用于印染废 的运行负荷。常州某缫丝厂采用压力接触氧化／砂滤／生物活 水的处理。 性炭工艺处理缫丝废水，出水ＣＯＤ仅为１２ ｍｇ／Ｌ，回用率可达 肖玉南 利用加压富氧生物活性炭法深度处理印染废水， ９５％。 压力控制在０．３ ＭＰａ，水力负荷控制在１．１４ ｍ／ｈ，温度２８～３０ １．２．２臭氧一固定化生物活性炭滤池（Ｏ 一ＩＢＡＣＦ）工艺 ℃，ＣＯＤ去除率平均为６８．６％左右，氨氮平均去除率９２．５％以 该工艺通过臭氧前处理，能使难氧化降解的高分子有机物 上，浊度去除率７０％以上，色度去除率可达５０％～７０％，出水 被氧化成易降解的低分子有机物，显著提高废水的可生化性，为 ＣＯＤ ４０ ｍｇ／Ｌ左右，出水氨氮平均在２．５ ｍｇ／Ｌ以下，出水浊度控 活性炭柱降解有机物创造条件，也减轻活性炭的吸附负荷；同 制在１０ ＮＴＵ以下，出水色度＜２０倍，ＳＳ＜１０ ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ 也在 时，臭氧氧化使水中有充足的溶解氧，为好氧微生物的生命活动 １０ ｍｇ／Ｌ以下，各指标均达到生活杂用水水质标准。 提供了良好的条件。 北京第三毛线厂 采用生物接触氧化＋ＧＢＡＣ（颗粒生物活 臭氧一固定化生物活性炭工艺具有生物浓度高、反应启动 性炭）工艺治理毛纺染色废水，其ＧＢＡＣ塔运转６个月，活性炭 快、处理效率高、操作稳定、产污泥量少和固液分离简单等优点， 对ＣＯＤ的吸附容量已达１．０９３ ｇ／ｋｇ，活性炭的通水倍数已达 是国际上领先的生活用水处理工艺，近年来在难降解有机废水 １５ ｍ ／ｋｇ（一般为６ Ｉｌｌ ／ｋｇ），出水色度仍可以小于５０倍。 深度处理回用上得到一定的关注和研究。姚宏等 利用臭氧一 Ｍｅｚｏｈｅｇｙｉ等 采用连续搅拌固定床反应器填充生物活性 固定化生物活性炭滤池处理石化废水取得较好效果；俐 炭，厌氧条件下脱除酸性橙７，与不搅拌的固定床反应器相比，适 等” 用臭氧和活性炭组合系统对印染废水进行回用处理研究， 当的搅拌可在短时间内将偶氮染料的转化率提高到９６％，这是 当进水ＣＯＤ为８０～１００ ｍｇ／Ｌ时，出水ＣＯＤ为６～ｌＯ ｍｇ／Ｌ，处理 因为搅拌使活性炭表面的生物膜不致过厚而阻碍活性炭对染料 后的水可用作冷却水。 的吸附。并且，连续搅拌固定床反应器能为酸性橙生物降解的 １．２．５ ＢＡＣ装载工艺的改进 动力学模型提供更多的数据。 随着对ＢＡＣ的深入研究，ＢＡＣ工艺从最初的ＢＡＣ过滤柱发 李东升等 采用水解一生物接触氧化一气浮一生物活性炭 展到曝气池粉末活性炭技术，再到流化床ＢＡＣ技术以及膨胀床 工艺处理印染废水，进水水质ＢＯＤ 为７０～３００ ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤｃ，为 ＢＡＣ技术。由英国Ｂｅｌｆａｓ皇后大学与新西兰Ｃａｎｔｅｒｂｕｒｙ大 ２００～６００ ｍｇ／Ｌ，色度为２００—６００倍，ＳＳ为３００～６００ ｍｇ／Ｌ时，系 合研制的生物活性炭搅拌池反应器（ＳＴＲ）在印染废水处理上取 统出水水质ＢＯＤ 为６～２３ ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤｃ 为２Ｏ～３０ ｍｇ／Ｌ，色度为 得了很好的效果 Ｊ。Ａｋｉｒａ ８ 采用厌氧一好氧生物膜法处理器处 １５～４０倍，ｓｓ为２５～７０ ｍｇ／Ｌ。 理照片冲洗废水，好氧流化床填充生物活性炭，原水为稀释５倍 综上，生物活性炭深度处理印染废水出水水质基本上达到 的照片冲洗废水（ＢＯＤ ＝７００ ｇ／ｍ ，ＣＯＤｃ ＝１ ７００ ｇ／ｍ ），出水 了《纺织染整工业污染物排放标准》（ＧＩＭ２８７—１９９２）中的一级 ＢＯＤ 降至２８０ ｍ ，达到日本污水排放标准。胡妙生等 采用 排放标准（ＣＯＤ、ＢＯＤ 、ＳＳ、ＴＮ、ＴＰ（ｍｇ／Ｌ）分别为１００、２５、７０、２０、 厌氧生物活性炭流化床来处理制药厂生产氯苯胍和络硝咪唑两 １）。但是鉴于生物活性炭在生活用水及其他污水处理上的广泛 个车间的排放液，试验发现，与其他工艺相比，该工艺停留时间 应用，生物活性炭工艺在印染废水处理上还有长足的的发展空 短，耐冲击负荷大，在高进水负荷下出水稳定，ＣＯＤ去除率达 问，有希望达到新的排放标准。 ８０％以上。 １．２．４ ＢＡＣ与高级过滤技术联用 ３ 结语 在荷兰有学者利用活性炭生物膜（ＢＡＣＦ）法与反渗透法组 生物活性炭工艺能耗较低，污泥量少，出水水质优良，占地 合 来处理含杀虫剂的污染水，对杀虫剂的去除率高达９９．５％， 少，工艺简单易于维护，是理想的生活用水处理和废水深度处理 同时Ｏ 一ＢＡＣＦ的作用明显减轻了反渗透膜的污染问题，得到 及回用技术。但是目前对于其机理说法也因研究者条件各异。 了优质稳定的处理效果。 虽然有学者对活性炭吸附与微生物相互作用进行过深入研究， １．２．５ ＢＡＣ的其他发展 并有人进行过电镜扫描，但总体上还比较缺乏生物活性炭动力 鉴于ＢＡＣ的良好处理效果，从活性炭和微生物出发的改良 学方面的数据。 也在进行。姚宏等 采用人工分离筛选去除ＣＯＤ和油工程菌６ 随着水资源短缺的矛盾愈演愈烈，环保要求的不断提高，生 株、硝化工程菌１０株（亚硝化细菌５株、硝化细菌５株）构建高 物活性炭这一新型水处理工艺将应用到更广阔的领域，各国对 效混合菌群，能有效去除ＣＯＤ、油及ＮＨ 一Ｎ。马放等 将降解 活性炭应用方法的研究也将更为重视和深入，ＢＡＣ技术的新工 酚类化合物的高效工程菌固定在活性炭上，采用臭氧一固定化 艺、新方法在水资源保护中的实际应用水平必将不断提高。 生物活性炭（Ｏ 一ＩＢＡＣ）工艺处理煤气废水，研究证明：在臭氧 经济的高速发展、水环境质量的严重恶化以及纺织印染行 投量为１８ ｍｇ／Ｌ，接触时间为２０ ｍｉｎ时，煤气废水进水ＣＯＤ、酚 业废水处理难度的加大，迫切要求适合时代发展的印染废水深 类的质量浓度分别为５００ ｍｇ／Ｌ、９５ ｍｇ／Ｌ左右时，采用Ｏ３一ＩＢＡＣ 度处理及回用技术，以缓解水资源的短缺状况、实现纺织印染行 工艺对两者的去除率可以分别达到８０％、９２％以上。随着改良 业的可持续发展。在印染废水的深度处理及回用技术上，生物 活性炭的应用，生物活性炭工艺效果必将得到更大提高。 活性炭技术作为一种优水质、低耗能的技术，将受到青睐。像臭 ２生物活性炭工艺在印染废水深度处理上的 氧一生物活性炭等先进工艺应用于印染废水处理，将极大缩减 纺织印染行业耗水量，提高水回用率。生物活性炭技术目前在 应用 我国应用于印染废水深度处理还处于试验阶段，相关的理论和 印染行业废水处理后仍不达标的水质的主要特点是色度 污染物去除机理还有待进一步的深入和研究。 高、可生化性差，如何将色度和难降解有机污染物顺利有效的去 ・２２・ ］ ｉ寸ｌｌ ｉ 广州化工 ］ ］ ２０１ １年３９卷第５期 参考文献 郭召海，刘文保，沈骏，等臭氧／生物滤池组合工艺深度处理印染 废水［Ｊ］．中国给水排水，２００９，２５（１３）：３５—３７． 陆继来，任洪强，夏明芳，等．新排放标准的印染废水深度处理技术 进展［Ｊ］．工业水处 ，２００９，２９（７）：７—１０． 贾跃然，代学民，高品．生物活性炭深度处理印染废水的研究［Ｊ］． 河北建筑工程学院学报，２００８，２６（３）：４３—４６． Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｓ Ｓ，Ｌａｒｉｓａ Ｙ Ｋ，Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎ Ｇ １．Ｔｈｅ ＢＡＣ—ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｔｒｅａｔ— ［１Ｏ］马放，杨海燕，杨基先，等．臭氧一固定化生物活性炭去除煤气废水 中酚的研究［Ｊ］．南京理工大学学报，２００５，２９（２）：２２６—２３０． ［１１］肖玉南．加压曝气增氧生物炭滤池深度处理印染废水的特性研究 ［Ｄ］．上海：东华大学，２００５． ［１２］Ｍｅｚｏｈｅｇｙｉ Ｇ，Ｂｅｎｇｏａ Ｃ，Ｓｔｕｂｅｒ Ｆ，ｅｔ ａ１．Ｎｏｖｅｌ ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｄｅｃｏｌｏｕｒｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ａｚｏ ｄｙｅ ｅｆｌｆｕｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ， ２００８，１４３：２９３—２９８． ［１３］李东升，纪振，姚秋江．水解一接触氧化一气浮一生物活性炭工艺 ｍｅｎｔ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｎｏｎ—ｉｏｎｏｇｅｎｉｃ ｓｙｎｉｔｈｅｔｉｃ ｓｕｆｆａｃｔａｎｔｓ ［Ｊ］Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００１，３５（１３）：３ ２６５—３ ２７１． 许亮，王文美，张余，等．生物活性炭技术在水处理中的研究进展与 应用［Ｊ］．中国环保产业，２Ｏ 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Ｖ，Ｋａｎｅ—Ｍａｇｕｉｒｅ Ｌ Ａ Ｐ，Ｗａｌｌｃｅ Ｇ Ｇ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｃｔｉｖｅ ｓｕｌｏｎａｔｅｄ ｐｏｌｆｙａｎｉｌｉｎｅｓ［Ｊ］Ｓｙｎｔｈ．Ｍｅｔ．，ｌ９９９，１０６：１２９—１３７． １ ３］ Ｙｕｅ Ｊ，Ｅｐｓｔｅｉｎ Ａ Ｊ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｓｅｌｆ—ｄｏｐｅｄ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｏｌｙａｎｉｌｉｕｅ ［Ｊｊ．Ｊ．Ａｍ Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１９９０，ｌ１２：２ ８００—２ ８０１． ［３］ 曾幸荣，龚克成．聚苯胺的掺杂及其性能的研究［Ｊ］．高分子材料科 学与工程，１９９１（６）：７３１—７３５． ２．４磺化时间对磺化产品溶解性影响 以ｎ（ＡＰＳ）／ｎ（ＡＮＩ）为２的本征态聚苯胺为母体，理论磺化 度（Ｓ／Ｎ）１．３，仅改变磺化反应Ｈ，ｔＩ￣ｑ，得到磺化产品溶解性与反应 时问的荚系，如图５所示． ．‘ 螫廷（１ ０ ０ ０ ［５］ 黄美荣，冯为，李新贵．导电性易溶磺化聚苯胺的制备及成膜［Ｊ］． 材料导报，２００３，１７（１２）：６０． ［６］ 李丽萍，董添．氧化剂含量对聚苯胺／磁流体纳米复合粒子性能影 响［Ｊ］．长春一１：业大学学报，２００８（０１）：２９—３０ ｌ ７］ ＥｋａｔｅｒｉｎａＶ．Ｓｔｒｏｕｎｉｎａ，ＬｅｏｎＡ．Ｐ．Ｋａｎｅ—Ｍａｇｕｉｒｅ，ｅｔ ａ１．Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ａｃ— ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ＩＭ ／ｈ ｒｉｖｅ ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅｓ［Ｊ］．Ｓｙｎｔｈ．Ｍｅｔ．，ｌ９９９，１０６：１２９—１３７ 图５ 反应时间对磺化聚苯胺溶解度的影响 由图５可知磺化时间对产品溶解性的影响，产品溶解度随 着反应时间的增加，溶解度缓慢增加，在反应进行１ ｈ，溶解度达 到０．８ ｇ，反应５ ｈ后产品溶解度变化不大，说明此时已磺化完 全。故选择磺化时间为５ ｈ。 ［８］ Ｓ．Ｓｈｉｍｉｚｕ，Ｔ．Ｓａｉｔｏｈ，Ｍ．Ｕｚａｗａ，Ｍ．Ｙｕａｓａ，ｅｔ ａ１．Ｓｉｍｐｌｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｌｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ［Ｊ］．Ｓｙｎｔｈ．Ｍｅｔ．，１９９８，９６：１６１ 一ｌ６３． １ ９］Ｔａｋａｈａｓｈｉ Ｋ，Ｎａｋａｍｕｒａ Ｋ，Ｙａｎｍｇｕｅｈｉ Ｔ，ｅｔ ａ１．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ—ｓｏｌｕｂｌｅ ｅｘｔｅｒｎａｌｌｙ ｔｆＣｌ—ｄｏｐｅｄ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ［Ｊ］ Ｓｙｎｔｈ Ｍｅｔ，２００２，１２８：２７—３３． 【１０］Ｓｈｉｎｉｚｕ Ｓ，Ｓａｉｔｏｈ Ｔ，Ｕｚａｗａ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｕｌ— ３ 结 论 本文通过大量实验，在各种条件下合成了不同溶解度的磺 ｆｏｎａｔｅｄ ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ［Ｊ］．Ｓｙｎｔｈ．Ｍｅｔ．，１９９７。８５：ｌ ３３７—１ ３３８．
