CN103877936B - 一种活性焦改性方法及其用于去除再生水中有机物的应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于再生水处理技术领域，特别涉及一种用于去除再生水中有机物的改性活性焦的应用方法。本发明针对采用膜处理工艺的再生水厂，膜出水有机物含量较高且膜污染严重的问题，提出一种活性焦改性及其应用方法。其中，活性焦经预处理后，与碱溶液按照一定比例搅拌混合足够时间，再经加热处理后即实现了活性焦的改性。之后，将改性后的活性焦投加至膜池中，利用改性活性焦表面增加的含氧碱性基团及羟基官能团等，增加活性焦表面的非极性，从而增加对水中有机物的吸附去除效果。本发明可应用于城市污水厂二级出水深度净化，也可应用于以城市污水厂出水或雨水为水源的再生水处理工程。
Description
技术领域
本发明属于再生水处理技术领域，特别涉及一种用于去除再生水中有机物的改性活性焦的应用方法。
背景技术
水资源短缺已成为制约我国社会经济发展的重要因素，而污水回用则可以有效地解决这一问题。生活污水经二级生物处理后有机物浓度较高，仍难以满足城市景观用水、工业用水等再生水回用的水质要求。目前，对生化出水的深度处理技术主要有混凝沉淀、活性炭吸附、化学氧化、膜生物反应器等。其中，膜生物反应器以其出水水质好、污泥产量少等特点在再生水深度处理中得到广泛应用。
在膜生物反应器中引入粉末活性炭，不仅可以通过粉末活性炭吸附作用而提高处理效果，而且可以有效延缓膜污染，并可能转化为生物粉末活性炭而发挥作用。但是前期应用结果表明，粉末活性炭等吸附剂对水中有机物的吸附效果有限。为了提高去除效果，可以对活性炭表面官能团进行还原改性，增加活性炭表面含氧碱性基团及羟基官能团的含量，增强表面非极性，从而提高活性炭对非极性物质，包括水中有机污染物的吸附性能。但是，粉末活性炭因其成本较高而限制其在工程中长期使用。活性焦是以褐煤为主要原料研制出的一种外观为暗黑色的多孔的含碳物质，是没有得到充分干馏或活化的活性炭吸附剂，其成本较粉末活性炭低得多，且对水中有机物具有一定的吸附去除效果，但往往投量需要很高才能达到理想的去除效果。采用经济可行的方法对活性焦进行改性，可以大幅提高有机物吸附容量，从而降低投量和处理成本。
本发明针对上述问题，提出一种对活性焦表面进行改性方法，并针对再生水中有机物去除难题，提出改性活性焦的在再生水处理中的应用方法。本发明可应用于城市污水厂二级出水深度净化，也可应用于以城市污水厂出水或雨水为水源的再生水处理工程。
发明内容
本发明的目的之一是，提供一种提高活性焦对有机物吸附效果的活性焦改性方法；
本发明的目的之二是，针对再生水中有机物去除难题，提供一种利用改性活性焦吸附有机物、之后利用浸没式超滤膜过滤去除吸附有机物的改性活性焦的应用方法。
本发明的技术原理在于，利用碱性溶液增加活性炭表面含氧碱性基团及羟基官能团的含量，增强表面非极性，从而提高活性炭对非极性物质，包括水中有机污染物的吸附性能；将改性活性焦投加到待处理水中，利用改性活性焦表面含氧碱性基团及羟基官能团对有机物的吸附、表面络合、螯合等作用，将水中有机物吸附在其表面，之后利用超滤膜的过滤截留作用将吸附了有机物的改性活性焦截留去除，从而实现水中有机物的去除。
本发明涉及的活性焦改性方法是通过以下步骤完成的：
1)将活性焦进行研磨、筛分，获得颗粒尺寸在100目以上的活性焦；
2)将活性焦用去离子水或自来水中浸泡清洗30～90min，然后将其在150～400℃条件下进行热处理，热处理时间为2～24h；
3)在搅拌速度为80～120r／min的机械搅拌条件下，将热处理后的活性焦置于碱溶液中浸泡4～24h，撇除上清液；
4)将碱液浸泡后的活性焦在200～300℃条件下加热处理2～4h。
本发明所述的碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙或氨水的一种或几种；活性焦与碱溶液的混合比例按照如下原则确定：当碱溶液中氢氧根离子的摩尔浓度为大于等于6mol·L-1且小于8mol·L-1时，活性焦与碱溶液的质量比为大于等于1∶6且小于1∶10；当碱溶液中氢氧根离子的摩尔浓度大于等于8mol·L-1且小于10mol·L-1时，活性焦与碱溶液的质量比为大于等于1∶3且小于1∶6；当碱溶液中氢氧根离子的摩尔浓度为大于等于10mol·L-1且小于12mol·L-1时，活性焦与碱溶液的质量比为大于等于1∶1且小于1∶3。
本发明涉及的利用上述改性活性焦吸附与浸没式超滤膜过滤结合进行再生水中有机物处理的应用方法，通过以下步骤完成：待处理水进入浸没式超滤膜池，向膜池中投加改性活性焦，待处理水中的有机物吸附在改性活性焦表面；膜过滤区中的改性活性焦在抽吸泵形成的负压的作用下在膜表面形成滤饼层，膜池水中的颗粒物和吸附了有机物的改性活性焦在膜表面形成的滤饼层的截留过滤作用下得以去除；膜池中的水在抽吸泵的作用下穿过膜表面的滤饼层进入出水管，并最终通过出水总管进入清水池中；在膜池运行过程中，空气压缩机可以持续或间歇地泵入压缩空气以提供溶解氧，并提供水力作用进行混合搅拌和剪切擦洗动态膜表面的附着物。
本发明所述的改性活性焦的投加量按照如下方法进行确定，使得活性焦在所述的浸没式超滤膜池中的停留时间为2d～10d，且改性活性焦的投加量范围为5～100mg／L。
在膜运行过程中需要定期进行反冲洗。在膜进行反冲洗时，反冲洗泵将膜过滤后的出水泵入膜内侧并向外侧流出，附着在膜表面的污染物得以从膜表面脱离；膜反冲洗周期为20～60min。
本发明可应用于城市污水厂二级出水深度净化中有机物的去除，也可应用于以城市污水厂出水或雨水为水源的再生水处理工程中有机物的去除。
本发明实现的技术效果如下：
1.改性活性焦表面官能团的非极性增强，使其对水中的非极性物质包括有机物的吸附性能得以提高；所采用的改性方法简单经济易行，相对于粉末活性炭可大幅降低处理成本；
2.无需进行大规模工程改造即可有效强化提高再生水厂膜处理工艺对水中有机物的处理效果，方法简单，工程投资成本低，易于在工程中实现；
3.使用操作过程简便，在再生水厂日常运行管理基础上无需增加复杂的额外操作；
4.采用药剂为水处理中常用的净水药剂或净水材料，成本低廉。
5.可明显提高膜对水中有机物的去除效果，减轻膜污染程度，延长膜使用寿命。
具体实施方式
实施例1
某再生水厂以城市污水厂二级出水为水源，采用的处理工艺为粉末活性炭吸附-外压式超滤膜过滤。原水中溶解性有机物DOC含量为6.50mg/L，粉末活性炭投加量为20mg／L，但处理效果不理想，表现为膜出水中有机物含量较高，DOC去除率为28％，膜化学清洗周期为3个月。
采用本发明的方法进行活性焦改性：(1)将活性焦筛分得到尺寸为200～300目颗粒，用自来水浸泡清洗60min，将清洗后的活性焦在300℃条件下加热8h；(2)氨水溶液的氢氧根离子浓度为8mol·L-1，将活性焦与氨水按照质量比为1∶6的比例进行搅拌混合12h，然后将浸泡后的活性焦在200℃条件下加热4h，得到改性后的活性焦。
将改性后的活性焦按照20mg／L的投加量投入膜池，按照停留时间为7d，膜反冲洗周期为30min的参数运行，此时测得膜出水中对DOC去除率达到45％，膜化学清洗周期延长为5个月。
实施例2
某再生水厂以城市污水厂二级出水为水源，采用的处理工艺为膜生物反应器，反应器中投加粉末活性炭。原水中溶解性有机物DOC含量为6.00mg/L，粉末活性炭投加量为20mg／L，但处理效果不理想，表现为膜出水中有机物含量较高，DOC去除率为20％，膜化学清洗周期为3个月。
采用本发明的方法进行活性焦改性：(1)将活性焦筛分得到尺寸为200～300目颗粒，用自来水浸泡清洗60min，将清洗后的活性焦在250℃条件下加热10h；(2)氢氧化钠溶液的氢氧根离子浓度为10mol·L-1，将活性焦与氢氧化钠按照质量比为1∶3的比例进行搅拌混合10h，然后将浸泡后的活性焦在250℃条件下加热4h，得到改性后的活性焦。
将改性后的活性焦按照20mg/L的投加量投入膜池，按照停留时间为7d，膜反冲洗周期为30min的参数运行，此时测得膜出水中对DOC去除率达到52％，膜化学清洗周期延长为5个月。
实施例3
某再生水厂以城市污水厂二级出水为水源，采用的处理工艺为粉末活性炭吸附-外压式超滤膜过滤。原水中有机物DOC含量为7.00mg/L，粉末活性炭投加量为40mg/L，但处理效果不理想，表现为膜出水中有机物含量较高，DOC去除率为22％，膜化学清洗周期为2.5个月。
采用本发明的方法进行活性焦改性：(1)将活性焦筛分得到尺寸为200～300目颗粒，用自来水浸泡清洗60min，将清洗后的活性焦在300℃条件下加热8h；(2)氢氧化钾溶液的氢氧根离子浓度为10mol·L-1，将活性焦与氢氧化钠按照质量比为1∶3的比例进行搅拌混合12h，然后将浸泡后的活性焦在250℃条件下加热3h，得到改性后的活性焦。
将改性后的活性焦按照40mg／L的投加量投入膜池，按照停留时间为7d，膜反冲洗周期为30min的参数运行，此时测得膜出水中对DOC去除率达到46％，膜化学清洗周期延长为4个月。
实施例4
某再生水厂以城市污水厂二级出水为水源，采用的处理工艺为粉末活性炭吸附-外压式超滤膜过滤。原水中溶解性有机物DOC含量为7.20mg/L，粉末活性炭投加量为15mg／L，但处理效果不理想，表现为膜出水中有机物含量较高，DOC去除率为25％，膜化学清洗周期为2个月。
采用本发明的方法进行活性焦改性：(1)将活性焦筛分得到尺寸为200～300目颗粒，用自来水浸泡清洗90min，将清洗后的活性焦在300℃条件下加热12h；(2)氢氧化钙溶液的氢氧根离子浓度为9mol·L-1，将活性焦与氢氧化钙按照质量比为1∶4的比例进行搅拌混合10h，然后将浸泡后的活性焦在200℃条件下加热4h，得到改性后的活性焦。
将改性后的活性焦按照15mg／L的投加量投入膜池，按照停留时间为7d，膜反冲洗周期为30min的参数运行，此时测得膜出水中对DOC去除率达到47％，膜化学清洗周期延长为4个月。
Claims (3)
1.一种用于去除再生水中有机物的改性活性焦的应用方法，其特征在于通过以下步骤完成：1)待处理水进入浸没式超滤膜池，向膜池中投加改性活性焦，待处理水中的有机物吸附在改性活性焦表面；2)膜过滤区中的改性活性焦在抽吸泵形成的负压的作用下在膜表面形成滤饼层，膜池水中的颗粒物和吸附了有机物的改性活性焦在膜表面形成的滤饼层的截留过滤作用下得以去除；3)膜池中的水在抽吸泵的作用下穿过膜表面的滤饼层进入出水管，并最终通过出水总管进入清水池中；
所述的改性活性焦是通过以下步骤获得的：1)将活性焦进行研磨、筛分，获得颗粒尺寸在100目以上的活性焦；2)将活性焦用去离子水或自来水浸泡清洗30～90min，然后将其在150～400℃条件下进行热处理，热处理时间为2～24h；3)在搅拌速度为80～120r/min的机械搅拌条件下，将热处理后的活性焦置于碱溶液中浸泡4～24h，撇除上清液；4)将碱液浸泡后的活性焦在200～300℃条件下加热处理2～4h；
所述的碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙或氨水的一种或几种；
所述的活性焦与碱溶液的混合比例按照如下原则确定：当碱溶液中氢氧根离子的摩尔浓度为大于等于6mol·L-1且小于8mol·L-1时，活性焦与碱溶液的质量比为大于等于1∶6且小于1∶10；当碱溶液中氢氧根离子的摩尔浓度大于等于8mol·L-1且小于10mol·L-1时，活性焦与碱溶液的质量比为大于等于1∶3且小于1∶6；当碱溶液中氢氧根离子的摩尔浓度为大于等于10mol·L-1且小于12mol·L-1时，活性焦与碱溶液的质量比为大于等于1∶1且小于1∶3。
2.根据权利要求1所述的改性活性焦的应用方法，其特征在于改性活性焦的投加量按照如下方法进行确定，使得活性焦在所述的浸没式超滤膜池中的停留时间为2d～10d，且其投加量范围为5～100mg/L。
3.根据权利要求1或2所述的改性活性焦的应用方法，其特征在于，所述的浸没式超滤膜池的运行过程中，空气压缩机可以持续或间歇地泵入压缩空气以提供溶解氧，并提供水力作用进行混合搅拌和剪切擦洗动态膜表面的附着物；浸没式超滤膜运行过程中需要定期进行反冲洗；在进行反冲洗时，反冲洗泵将膜过滤后的出水泵入膜内侧并向外侧流出，附着在膜表面的污染物得以从膜表面脱离；膜的反冲洗周期为20～60min。
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| CN103877936A (zh) | 2014-06-25 |
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