CN1055418C - 压力溶气生物再生活性炭方法 - Google Patents

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公开了一种压力溶气生物再生活性炭的方法，对吸附有机物而饱和失效的活性炭通入压力溶气再生菌液，溶气压力在0.3-0.4MPa之间，再生菌液以1.5-2ml/s的流速从再生柱底部注入柱内，经再生柱上部回到再生菌液池，构成不间断循环。本发明可串联于水处理工艺流程中，不仅起吸附作用，同时可再生活性炭，工艺简单，再生成本低廉，效果好，再生率为93.8%，比常压生物再生的62%提高了31.8个百分点，进一步开阔了活性炭在水处理界的应用前景。

Description

压力溶气生物再生活性炭方法
本发明涉及一种水处理工程中活性炭的再生方法，具体地说是一种压力溶气生物再生活性炭的方法。
活性炭作为吸附剂已被广泛地应用于水处理工程中，但由于活性炭的吸附量是有限的，工程应用中所处理的水量大，活性炭很快就会饱和失效，而更换活性炭费用昂贵，现有的活性炭再生方法主要有物理加热法和化学法再生，不仅工艺要求复杂严格，而且再生费用高、周期长，这样必然会大幅度地提高水处理的成本，从而也使活性炭在水处理中的应用受到限制。
本发明的目的是提供一种经济、方便、高效的使活性炭能在吸附过程中又自我再生的压力溶气生物再生活性炭的方法。
本发明是这样实现的：压力溶气生物再生活性炭的方法是给吸附有机物而饱和失效的活性炭通入压力溶气再生菌液，使有机物得到氧化分解，从而活性炭恢复其吸附能力，得到再生，工艺流程为：再生菌液调节池内的再生菌液首先由水泵送入溶气罐内与加压空气混合，再生的环境处在压力溶气水中，溶气压力在0.3-0.4MPa之间，温度为16-40℃，再生菌液以1.5-2ml/s的流速从再生柱的底部注入再生柱，再生菌液充入柱内后与活性炭接触，在富氧环境下，再生菌液中的好氧菌依次降解已饱和活性炭表面及大、中孔和微孔中的有机物质，微生物降解代谢产生的CO2气体，随再生菌液的不断排出在常压下析出，再生菌液经再生柱的上部回到再生菌液池经再次加压溶气重新注入柱内，构成不间断的循环。
再生菌液的取得采用常规的培菌驯化获得。
下面叙述压力溶气生物再生活性炭方法的机理：活性炭吸附机理在于其有巨大的比表面积(1000m2/g)和发达的孔隙结构，其中95％左右的表面积由孔径小于40的微孔组成，中孔(40-2000)的约占5％，大孔(2000-4000)约占其0.5-2％，微生物再生是靠好氧微生物，主要是细菌的降解过程完成。由于多数细菌的体积大于1μm，少数有5μm，因此细菌只能进入活性炭大孔，只有细菌所分泌的胞外酶，才能深入到活性炭的中微孔，胞外酶是由蛋白质组成的生物催化剂，可将细胞外的大分子有机物和不溶性有机物分解成小分子物质和可溶性物质，供细菌吸收利用，酶的大小按其呈球状时的直径计为0.01-1μm左右，在适应的条件下，许多酶都能被活性炭所吸附，一些较小分子量的酶或具有活性基因的酶的碎片可以进入活性炭的微孔中，氧化分解吸附在微孔内的有机分子成为较简单的小分子化合物。由于活性炭对低分子量物质吸附能力差，这些小分子物质就可以从炭的孔隙表面解吸下来向外部扩散而进入中孔、大孔，以及活性炭的表面，微生物在胞外酶的作用下，将有机物一部分合成细胞物质，一部分进一步氧化分解，最终产生的CO2、H2O及其它简单物质的形式释放到菌体外，这样被有机物占据了的活性炭孔隙在微生物的作用下得到恢复，使活性炭得到再生。压力溶气生物再生活性炭与常压生物再生的机理基本一致，但其区别是再生的环境不同促使再生效果的提高，因其再生的环境处在压力为0.3-0.4MPa溶气水中，水中溶解氧较常压状态是超饱和的，再生菌液中溶解氧的浓度比常压高数倍，在有压状态下，氧气的传质速率高，氧气溶解过程中的扩散速度No可由传质速率方程式表达：
No＝K(Co-C)  Kmol/m·S式中Co  氧气在定压下理论溶解度
C    氧气在水中的实际浓度
K    传质系数
m/s  是温度、水质及气液混合强度的系数。
由方程可以看出，当温度、水质及气液混合强度不变时，氧气在水中传质速率是随着溶解度的增加而升高，也就是随着氧气分压的增加而升高。同时由于采用加压溶气的充气方法，可使气水能尽可能充分地混合，其混合强度大幅度增加，故在这多重作用下，氧的扩散速率也相应提高，在这种密闭的特定环境里，氧分子更便于深入地扩散到活性炭的中、微孔中去以满足活动在中、微孔中的微生物降解有机物而对氧的需要，较常压状态下，提高了好氧微生物的活性，另一方面，在压力为0.3-0.4MPa的状态下，气体的溶解度提高，因此微生物降解代谢物CO2的溶解度也必然相应提高，CO2及时溶解于水，及时与外界水体交换而消除在常压下有可能形成的活性炭中，微孔中的CO2气阻，和其他非氧气体的气阻，改善活性炭的吸附条件，减少好氧微生物的降解障碍，由于压力溶气的方法在多个方面改善了微生物再生活性炭的条件，改善了降解环境，从而提高了生产再生的效果。
下面结合实施例及其附图对本发明作进一步说明：
附图为本发明的工艺流程图。
参照附图，再生菌液池1内的再生菌液，经水泵2送入溶气罐3，在溶气罐3内和空压机4加入的空气混合，压力在0.3-0.4MPa之间，温度为16-40℃，多余气体从空气放空阀排出柱外，再生菌液以1.5-2ml/s的流速从再生柱5的底部注入柱内，再生菌液充入再生柱5内后与活性炭相接触，在富氧环境下，再生菌液中的好氧菌依次降解已饱和活性炭的表层吸附有机物，大、中及微孔中的有机物质，微生物降解代谢产生的CO2气体，随再生菌液的不断排出在常压下析出，再生菌液经再次加压溶气重新注入再生柱5内，构成不间断循环。
再生炭与新炭的动态吸附容量对比：
取新AC30活性炭5Kg，装入吸附柱，与装有已经过加热灭菌的活性炭，再生柱同时通入一个水箱内的缫丝生产废水，其流速、温度、PH值等条件两柱保持一致，作吸附容量对比试验，试验结果如表A、表B。(表A、表B见文后)
对照表A、表B通水量、吸附量等数据，新炭的吸附量为48155mg，再生炭的吸附量为43063mg，此吸附试验结果表明再生炭的吸附量为新炭的90％。
压力溶气生物再生活性炭碘值与新炭碘值的对比。
制取一份经吸附制丝生产废水达到穿透点的5公斤活性炭，装入再生柱进行压力溶气生物降解再生，再生结束后取出分析碘值，并与新炭的碘值进行比较，数据如下表：
  炭  别   碘值mg/l
  新炭     800
  再生炭     768
由上表数据得出，再生炭碘值为新炭碘值的96％。
由于采用压力溶气生物再生活性炭方法对饱和活性炭进行再生最显著的特点就是可以串联于水处理工艺流程中，不仅起吸附作用，同时可以再生活性炭，本发明简单易行，再生成本低廉，效果好，再生率为93.8％(碘值分析法测得)，比常压生物再生的62％提高了31.8个百分点，由于本发明可实现自我再生的效果，能大幅度地延长活性炭的饱和失效周期，大幅度降低污水深度处理的成本，进一步开阔了活性炭在水处理界的应用前景。
表A 新炭吸附容量表
  通水浓度(COD mg/l)   通水量(L) 吸附量(mg)
    61     45   1755
    65     221   9599
    52     453   19392
    81     656   26112
    76     906   35480
    57     1098   41163
    53     1305   43899
    48     1523   45471
    52     1749   46932
    65     1930   47662
    58     2052   47990
    58     2084   48136
    58     2089   48155
表B 再生炭吸附容量表
  通水浓度(COD mg/l)   通水量(L) 吸附量(mg)
    61     45     1665
    65     213     8448
    52     449     17860
    81     659     24879
    76     848     31300
    57     1014     35498
    53     1199     38319
    48     1403     40494
    52     1625     42033
    65     1801     42778
    58     1929     43007
    58     1978.5     43005.7
    58     1985.7     43064
58 2089 43063

Claims (1)

1、一种压力溶气生物再生活性炭的方法，其特征是给吸附有机物而饱和失效的活性炭通入压力溶气再生菌液，其工艺流程为：再生菌液池(1)内的再生菌液由水泵(2)送入溶气罐(3)，空压机(4)给溶气罐(3)加压至0.3-0.4MPa之间，在温度16-40℃下，再生菌液以1.5-2ml/s流速从再生柱(5)的底部注入，经再生柱(5)的上部回到再生菌液池(1)，构成不间断的循环。
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