魏俊起，颜小星
（天津泰达水业有限公司，天津300457）
[摘要]利用粉末活性炭进行多组烧杯试验，研究粉末活性炭用于污水处理厂去除难降解COD的工艺。通过改变粉末活性炭粒径、投加量，对污水处理厂二沉池出水进行批试验，使用仪器消解法、分光光度计测定COD，分析粉末活性炭去除COD的影响因素。试验表明：粉末活性炭与污水的充分接触对其效用的发挥至关重要。粉末活性炭粒径越小、投加量越多、停留时间越长，去除COD的效果越好。粉末活性炭在污水中的最佳停留时间为30 min。在工程应用中，粉末活性炭最佳投加量的确定应当充分考虑原水水质以及经济成本。
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关键词 ]污水处理；粉末活性炭；二沉池出水；试验研究
[作者简介]魏俊起，副总经理，高级工程师，E-mail:weijunqi@te-bawatet.com.cn
[收稿日期] 2015-05-22
粉末活性炭为多孔结构，比表面积高达l 000~1500mz/g，具有良好的吸附性能，且化学稳定性好，耐强酸强碱，能经受水浸、高温，这使得粉末活性炭在水处理领域得到广泛应用。污水处理厂来水以工业废水为主，成分复杂，难降解COD含量较高，造成出水COD波动较大，难以稳定达标。大量研究表明，粉末活性炭对COD具有吸附作用，但目前，粉末活性炭在污水处理厂的应用实例不多，具体工艺方案需要试验摸索。
l试验研究
1.1试验材料
1)试验原水 以天津经济技术开发区西区污水处理厂二沉池出水为试验原水，其COD为60~80mg/L。
2)粉末活性炭 外购粒径分别为200目、325目，碘值分别为600、700、800的专门用于污水处理的粉末活性炭。
1.2试验仪器
1)六联搅拌装置 程控混凝试验搅拌仪（武汉恒岭科技有限公司TA6-2）及6个配套的1L烧杯。
2) COD测定装置 消解器(HACH DRB200)，单光束紫外可见分光光度计( HACH DR400)。
1.3试验过程
1.3.1拟定试验方案及修正
拟定粉末活性炭去除COD烧杯试验方案为：①制备粉炭悬浊液：在称量好的粉炭中加入lOmL蒸馏水，加入1滴稀硫酸调节pH至4~5；②烧杯中加入粉炭悬浊液，200rpm搅拌2min；③加入混凝剂聚合氯化铝(PAC)，200rpm搅拌2min；④加入助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)，200rpm搅拌0.Smin；⑤40rpm搅拌30min；⑥静置20min，取样（PAC与PAM的投加量根据具体的混凝试验确定）。
根据此方案，开展一组烧杯试验，试验结果如图1所示。
试验表明，随着粉末活性炭的投加量显著增加，污水中COD的去除并没有明显效果，这是不太合理的。
通过对试验方案的分析以及试验过程的观察，发现两个问题：①粉末活性炭去除水中的COD，主要是靠其吸附性能，而混凝剂投加后，产生的絮体会对粉炭进行包裹，产生竞争吸附。加入粉炭2 min后立即加入混凝剂PAC，会限制其效用的发挥；②随着粉末活性炭投加量的增加，40rpm的搅拌速度已经不足以将所有粉炭搅动，致使部分粉炭沉底没有与污水充分接触，这也影响了粉炭效用的发挥。
根据以上问题，对试验方案做出调整：将粉炭悬浊液加入烧杯中200rpm搅拌20min，再加入PAC、PAM，慢转速度由40rpm加大到60rpm，搅拌时间调整为lOmin，最后静置取样。并分别按2种方法开展了2组试验来进行比较，其中拟定方案为方案1，调整后方案为方案2，试验结果如图2所示。
试验结果表明，方案2的效果优于方案1。
1.3.2停留时间对COD去除效果的影响
有研究显示，粉末活性炭要发挥效用，其在污水中的停留时间不能少于30min。为了对比在粉炭与水充分混合接触的情况下其停留时间对COD去除效果的影响，进一步开展了试验。将粉炭悬浊液加入烧杯中，分别搅拌20，50，80，llOmin后投加混凝剂，60rpm搅拌lOmin后静置取样。试验结果如图3所示。
试验表明，随着粉末活性炭在污水中的停留时间增加，COD的去除效果有所增加，但变化不明显。在工程应用上，要延长粉炭在污水中的停留时间就需要增大池容量，从而导致成本增加，这时候随着停留时间增加使用粉末活性炭的边际效用是递减的。因此，粉炭在水中停留30min就可以快速发挥功效，不必延长停留时间。
理论上应当先尽量去除SS再投加粉炭进行试验，即进行两级混凝。但实际工程应用中，先将SS尽可能降低再进行粉末活性炭吸附太过于理想化，且两级混凝会增加建设成本与运营成本。于是，为对比一级混凝与两级混凝的差别分别开展了2组试验，试验结果如表1所示。
试验表明：一级混凝与二级混凝后COD的去除差别不大。且试验所用原水为二沉池出水，已进行了一次混凝沉淀，起到了去除SS的效果，所以粉末活性炭吸附工艺采取一级混凝即可。
1.3.3最终试验方案
通过多组试验摸索，确定粉末活性炭去除COD的烧杯试验方案为：①将粉炭制备成悬浊液，在称量好的粉炭中加入lOmL蒸馏水，加入1滴稀硫酸调节pH至4~5；②投加粉炭悬浊液后200 rpm快速搅拌20min；③投加混凝剂PAC，200rpm快速搅拌2min使药剂与水充分混合；④60rpm慢搅lOmin；⑤静置20min，澄清后取样检测。
其中，粉末活性炭与污水是否充分接触，是否保持足够的接触时间对其效用的发挥具有至关重要的影响。在试验过程中应当特别注意粉末活性炭投加后搅拌力度与停留时间的控制。污水处理厂的实际工程应用参考烧杯试验即可。
2 粉末活性炭去除COD的影响因素
2.1粉末活性炭粒径与碘值对COD去除的影响
粉末活性炭具有发达的微孑L结构和巨大的比表面积，可吸附污水中分子量500~4000的有机污染物。粉末活性炭的种类不同，对污水中COD的吸附效果不同。取碘值相同、粒径分别为200，325目的粉炭进行烧杯试验；再取粒径相同，碘值分别为600，700，800的粉末活性炭进行烧杯试验。试验结果如图4，5所示。
试验表明，粉末活性炭的粒径越小、碘值越高，去除二沉池出水中COD的效果越好。
2.2粉末活性炭投加量对COD去除的影响
选用粒径为325目、碘值为800的粉末活性炭，改变其投加量进行批试验。试验结果如图6所示。
试验表明，随着粉末活性炭投加量的增加，去除二沉池出水中COD的能力越强。但在实际工程应用中，应当充分考虑原水水质情况以及经济成本，来确定粉末活性炭的最佳投加量。
3 结语
多次试验研究表明，粉末活性炭在污水中的停留时间、搅拌力度的控制是非常重要的，根据试验确定粉末活性炭去除COD的烧杯试验方案。实际工程应用可参考烧杯试验结果。
批试验结果表明，粉末活性炭的粒径越小、投加量越大，对水中COD的去除效果越好。实际工程应用中，粉末活性炭的最佳投加量应当充分考虑污水处理厂的原水水质情况以及经济成本。虽然粉末活性炭在污水中的停留时间越长，去除COD的效果越好，但是从工程实用角度考虑，30min的停留时间较为适宜。
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