CN109499351A - 横流式滴滤箱及生物滴滤池和蜂窝活性炭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的是污水处理厂废气处理领域的一种横流式滴滤箱及生物滴滤池和蜂窝活性炭的制备方法，该横流式滴滤箱从上往下依次分为进水区、填料区和出水区，所述填料区内设有填料层，所述填料区相对的两个侧面上设有排气孔，所述填料层为蜂窝活性炭。所述生物滴滤池由多个横流式滴滤箱与水箱、气箱和循环水系统构成。所述蜂窝活性炭的制备方法，包括：将炭原料、粘结剂和水充分混合后倒入蜂窝模具中挤出成型；在惰性气氛下升温至400～600℃保温，得到炭化料；最后将炭化料进行活化，得到蜂窝活性炭。本发明不仅吸附性能高效、易挂膜和生物降解性能优异，而且床层压降显著降低，可以提高废气生物过滤系统长期运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理厂废气处理领域，具体涉及一种横流式滴滤箱及生物滴滤池和蜂窝活性炭的制备方法。
背景技术
随着我国经济的高速发展和城镇化的进行，大量污水处理厂被修建，据统计，2016年末我国城市、县城累计污水处理厂为3552座，其中城市2039座，县城1513座。但是，污水处理厂在运行过程中会有大量的臭气产生，其来源为格栅间、进水泵房、曝气沉砂池、初沉池、曝气池、污泥浓缩池等处理构筑物。恶臭气体主要包括H2S、NH3等无机化合物，同时也含有大量复杂的挥发性有机物(VOCs)，如苯系物、有机硫化物、醇类、醚类、醛类等，解决恶臭问题是建设环保型污水处理厂的硬性要求。
生物除臭法即用微生物通过生物化学作用，将废气中的恶臭组分作为营养物质进行利用和分解，经过微生物细胞作用转化为无臭组分，同时微生物得到增长繁殖的除臭方法，具有适用范围广、二次污染小、运行成本低和维护管理简单等特点，是目前恶臭气体处理技术的主要方法之一。生物除臭法中生物滴滤床能够高效处理废气，废气通过附有生物膜的填料层时，恶臭物质溶于水被循环液和附着在填料表面的微生物吸附、吸收、降解而得以去除。但是，在长期运行的过程中，因降解产物和生物膜积累等原因，滴滤床内存在压降高、易堵塞的问题。CN101125280A公开了一种处理挥发性有机废气的生物滴滤床，在填料的装填方式上采取大小极配：中心区域装填小粒径填料，四周近壁环形区域装填大粒径填料，从而促使气流的均匀分布，降低床层压降。但是，在实际应用中，生物滴滤池长期运行会使中心区域的流体阻力越来越大，从而导致生物膜在壁环形区域大量积累，增大床层压降。
填料是影响生物除臭工艺处理效果的核心因素之一。填料的主要作用是给微生物提供适宜的生长环境，生物除臭填料包括：泥炭、堆肥、木屑、土壤、火山岩、陶瓷、聚乙烯和拉西环等。在上述填料中，堆肥、木屑等有机填料易腐烂，填料层会发生板结和塌陷，导致生物除臭设备压力损失升高，能耗增大。此外，腐烂的有机填料会散发臭味，加重污染。陶瓷等无机填料的生物附着生长性较差。理想的生物填料载体应具有下列特性：(1)表面性质优异，如附着性、持水性。附着性好利于微生物生长和污染物吸附。液相环境是微生物生存的关键，一定的持水性可保持微生物良好的生物活性；(2)比表面积大。以尽可能大地提供微生物的附着面积，提高单位体积填料的生物量，从而尽可能地提高单位体积的有机污染物降解量；(3)孔隙率高。目的是防止滤床中微生物增长引起床层堵塞、压损增大、气流短路(包括沟流)，去除效率下降；(4)结构强度高和防腐蚀能力强。确保在长期使用情况下，填料床层不被压实，始终保持微生物生长的良好环境。
通常情况下，高分子聚合物材料具有较好的挂膜性能和较低的床层压降，能减少微生物生长和生物膜疏松引起的床层堵塞问题。但高分子聚合物填料吸附能力差，对污染物的去除性能较低。活性炭具有优异的持水性、巨大的比表面积、丰富的孔隙率和结实的结构强度为之在生物填料的应用领域发挥了很强的作用。活性炭本身对污染物质具备一定的吸附作用，可强化微生物的降解能力。然而，活性炭填料密度较大，空隙率相对较小，所以初始压降值相对较大，生物反应器运行时间过长会造成较高的床层压降，大大提高了运行成本。
发明内容
为克服现有污水处理过程中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种压降低、运行稳定的横流式滴滤箱及带有该滴滤箱的生物滴滤池以及用作填料层的蜂窝活性炭的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
横流式滴滤箱，包括箱体，所述箱体从上往下依次分为进水区、填料区和出水区，所述进水区的顶部设有进水口，出水区的底部设有出水口，所述填料区内设有填料层，所述填料区相对的两个侧面上设有排气孔，所述填料层为蜂窝活性炭。
进一步的是，所述蜂窝活性炭为立方体结构，其孔隙率为9～16孔/cm2，孔径1.5～2.5mm。
进一步的是，所述进水区与填料区之间设有布水盘，所述填料区与出水区之间设有填料隔板，所述填料隔板上均布有多个排水孔。
进一步的是，所述填料区与箱体的体积比为0.5～0.8，所述填料层与填料区的体积比为0.6～0.8，所述填料区的水流通过面与气流通过面的面积比为1：1～3。
带有上述横流式滴滤箱的生物滴滤池，包括水箱、气箱和循环水系统，所述水箱与气箱之间设有多个横流式滴滤箱，所述箱体的填料区位于气箱中，出水区位于水箱中，所述循环水系统包括连在箱体的进水口与水箱之间的输水管道和位于输水管道上的水泵。
进一步的是，所述水箱与气箱之间并列设置有2～5个横流式滴滤箱，所述气箱的两端分别设有进气口和出气口，所述箱体上排气孔的方向与气箱中气流方向一致，所述气箱上设有取样孔，所述水箱上设有培养基入口和培养基出口。
用作填料层的蜂窝活性炭的制备方法，包括以下步骤：
a、将炭原料、粘结剂和水充分混合，将混合物倒入蜂窝模具中挤出成型，得到潮湿蜂窝体，其中按重量计，炭原料5～10份、粘结剂2～5份和水0.5～1份；
b、干燥步骤a潮湿蜂窝体，然后在惰性气氛下升温至400～600℃保温，得到炭化料；
c、将炭化料进行活化，得到蜂窝活性炭。
进一步的是，步骤a中，至少满足以下任意一项：
所述炭原料为木屑、椰壳、果壳、竹粉、秸秆、污泥、酒糟或煤炭中的至少一种；
进一步的，所述炭原料为废弃炭原料；
所述炭原料的粒度为过100～200目筛的筛下物；
所述粘结剂为煤焦油、腐植酸、PVB或聚乙烯醇中至少一种；
所述模具采用9～16孔/cm2正方形孔蜂窝模具，所述挤出压力为9～15MPa。
进一步的是，步骤b中，至少满足以下任意一项：
所述干燥至含水量在2％以下；
进一步的，在105℃干燥24h以上；
所述惰性气氛为氮气或氦气；
所述升温至400～600℃的升温速率为5～10℃/min；
所述保温1～4h。
进一步的是，步骤c中，至少满足以下任意一项：
所述活化为物理活化或化学活化；
进一步的，所述物理活化采用的活化剂为水蒸气、空气或CO2中至少一种；所述化学活
化采用的活化剂为KOH、K2CO3或H3PO4中至少一种；
所述活化温度为600～950℃；
所述升温至600～950℃的升温速率为5～10℃/min；
所述活化时间为1～4h。
本发明的有益效果是：
1)通过将现有的顺流和逆流滴滤箱改为横流式滴滤箱，横向90°相遇的循环液和废气会给废气较小的流体阻力，使填料层的布气、布水更加均匀，从而提升了生物过滤系统的稳定性和耐负荷性。另外，横向相遇的气液能够接触得更加均匀，使生物膜能够相对均匀的生长于填料层中，充分利用了反应有效空间，使压降降低。
2)采用蜂窝活性炭作为填料层，具有比表面积大、吸附性能优异、易挂膜、扩散距离短、床层阻力小等特点，能够在保持优异吸附性能、生物降解性能的同时，显著降低床层压降，提高了生物过滤系统长期运行的稳定性，弥补了传统无机填料床层压降高的缺点。
3)利用横流式滴滤箱制作的横流式滴滤池，减少了降解产物和生物膜对床层堵塞造成的影响，可以在同样处理量的情况下给反应提供更大的横截面积，极大程度地减少反应产物以及生物膜堵塞填料给整体反应带来的影响，进一步降低床层压降。
附图说明
图1是本发明横流式滴滤箱的结构示意图；
图2是现有逆流式滴滤箱和顺流式滴滤箱结构示意图；
图3是本发明生物滴滤池的结构示意图；
图4为装载蜂窝活性炭的滴滤箱与传统滴滤箱在高空速下的床层压降对比；
图5为装载蜂窝活性炭的滴滤箱与传统滴滤箱在低空速下的床层压降对比；
图6为蜂窝活性炭填料成型后样品实例图；
图7为蜂窝活性炭孔隙结构参数；
图8为蜂窝活性炭填料和聚丙烯填料滴滤箱对H2S的吸附作用；
图9为蜂窝活性炭填料和聚丙烯填料滴滤箱中营养液对H2S的吸收作用；
图10为传统活性炭填料(1)和蜂窝活性炭(2)上的生物膜。
图中标记为，1-进水区，2-填料区，3-出水区，4-布水盘，5-填料隔板，6-水箱，7-气箱，8-输水管道，9-水泵，11-进水口，21-排气孔，31-出水口，61-培养基入口，62-培养基出口，71-进气口，72-出气口，73-取样孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明的横流式滴滤箱，包括箱体，所述箱体从上往下依次分为进水区1、填料区2和出水区3，所述进水区1的顶部设有进水口11，出水区3的底部设有出水口31，所述填料区2内设有填料层，所述填料区2相对的两个侧面上设有排气孔21，所述填料层2为蜂窝活性炭。传统的滴滤箱如图2所示，分为逆流式滴滤箱和顺流式滴滤箱，逆流式滴滤箱的气体入口在填料区的下方，气体出口在填料区的上方，顺流式滴滤箱则正好相反。
本申请的横流式滴滤箱与传统滴滤箱相比的区别在于，本申请的排气孔21位于填料区2相对的两个侧面上，其优点是：在使用过程中，循环液和废气呈横向90°相遇，会给废气较小的流体阻力，使填料层的布气、布水更加均匀，从而提升了生物过滤系统的稳定性和耐负荷性。另外，横向相遇的气液能够接触得更加均匀，使生物膜能够相对均匀的生长于填料层中，充分利用了反应有效空间，使压降降低。
此外，传统滴滤箱的填料层一般采用聚丙烯等高分子聚合物材料，虽然其具有较好的挂膜性能和较低的床层压降，但高分子聚合物填料吸附能力差，对污染物的去除性能较低。在其他一些领域，也有采用普通活性碳作为填料层，然而，活性炭填料密度较大，空隙率相对较小，所以初始压降值相对较大，生物反应器运行时间过长会造成较高的床层压降，大大提高了运行成本。相比之下，本申请采用蜂窝活性炭作为填料层，利用其优异的持水性、巨大的比表面积、丰富的孔隙率和结实的结构强度，在保证足够的吸附作用，可强化微生物的降解能力。
经过大量研究论证，为了使蜂窝活性炭具有良好的过滤和吸附能力，以及较好的挂膜性能和较低的床层压降，将所述蜂窝活性炭设置为立方体结构，并且孔隙率为9～16孔/cm2，孔径1.5～2.5mm。蜂窝活性炭的横截面形状和结构参数如图6、图7所示。在采用蜂窝活性炭的滴滤箱与传统滴滤箱分别在高、低空速下的床层压降对比如图4、图5所示，可见采用蜂窝活性炭的滴滤箱具有超低压降。对于吸附效果，本滴滤箱与传统聚丙烯填料滴滤箱在对H2S的吸附作用的对比如图8、图9所示，采用蜂窝活性炭作为填料层，H2S的去除效果比传统滴滤箱高出很多。最终形成的生物膜对比如图10所示，前者为传统填料，后者为蜂窝活性炭，可见采用蜂窝活性炭作为填料具有启动时间短，易于挂膜等优点，ACH上微生物数量明显更加密集，可见ACH拥有更好的挂膜性能。
为了使循环水能够均匀地流经填料区2，以便与气体充分接触反应，在所述进水区1与填料区2之间设有布水盘4。为了便于在填料区2放入填料层，在所述填料区2与出水区3之间设有填料隔板5，所述填料隔板5上均布有多个排水孔供循环水滴入出水区3。进一步的，所述填料区2与箱体的体积比为0.5～0.8，所述填料层与填料区2的体积比为0.6～0.8，采用该体积比来设置箱体结构，可使滴滤箱在保证较小的空间和较好的效率下到达最佳的过滤和吸附效果。为了提高液体与气体的反应效率，所述填料区2的水流通过面与气流通过面的面积比为1：1～3，所述水流通过面即水流与填料区2表面的接触面积，气流通过面即气流与填料区2表面的接触面积。
采用上述横流式滴滤箱制作的生物滴滤池，如图3所示，包括水箱6、气箱7和循环水系统，所述水箱6与气箱7之间设有多个横流式滴滤箱，所述箱体的填料区2位于气箱7中，出水区3位于水箱6中，所述循环水系统包括连在箱体的进水口11与水箱6之间的输水管道8和位于输水管道8上的水泵9。所述水箱6用于汇集流经滴滤箱的循环水，并形成营养液，气箱7用作废气与滴滤箱接触反应的通道。
进一步的，为了满足一般滴滤池的过滤和吸附效率，在所述水箱6与气箱7之间并列设置有2～5个横流式滴滤箱，所述气箱7的两端分别设有进气口71和出气口72，所述箱体上排气孔21的方向与气箱7中气流方向一致，可降低废气经过滴滤箱的阻力，同时增加二者的接触面积，使反应更加充分。此外，所述气箱7上设有取样孔73，所述水箱6上设有培养基入口61和培养基出口62，便于抽检和系统控制。
蜂窝活性炭是本装置的重要部件，在具体制备时，包括以下步骤：
a、将炭原料、粘结剂和水充分混合，将混合物倒入蜂窝模具中挤出成型，得到潮湿蜂窝体，其中按重量计，炭原料5～10份、粘结剂2～5份和水0.5～1份；
b、干燥步骤a潮湿蜂窝体，然后在惰性气氛下升温至400～600℃保温，得到炭化料；
c、将炭化料进行活化，得到蜂窝活性炭。
本发明方法步骤a中，为了方便后续混合和成型更加均匀，所述炭原料为过100～200目筛的筛下物。
本发明方法步骤a中，所述炭原料为木屑、椰壳、果壳、竹粉、秸秆、污泥、酒糟或煤炭中至少一种。为了赋予废弃物质更高的价值，炭原料可以选择废弃的物质。
本发明方法步骤a中，所述粘结剂为煤焦油、腐植酸、PVB或聚乙烯醇中至少一种。加入粘结剂的目的是起将炭原料很好的粘结起来，粘结剂的添加量没有特殊要求，加入水的目的是为了使原料充分混合，水的添加量没有特殊要求，为了保证粘结和混合充分而又不浪费原料，节约后续工序成本，优选按重量计，炭原料5～10份、粘结剂2～5份和水0.5～1份。
本发明方法步骤a中，所述模具采用9～16孔/cm2正方形孔蜂窝模具。所述挤出压力为9～15MPa。
本发明方法步骤b中，所述干燥至含水量在2％以下。进一步的，所述干燥为在80～105℃条件下干燥24h以上。
本发明方法步骤b中，在缺氧(即惰性氛围，例如氮气或氦气)升温的过程中，纤维素和半纤维素等有机物慢慢发生分解，生成生物炭。若升温速率过快，高温快速热解，主要产物则是合成气和液态焦油等副产物。所以优选控制升温速率为5～10℃/min。为了保证炭化完全，需控制炭化温度保温温度为400～600℃。保温时间为1～4h。
本发明方法步骤c中，活化的目的是为了造孔，然后为炭表面增加活性官能团。活化可采用本领域常规的活化方式，如物理活化或化学活化。进一步的，所述物理活化采用的活化剂为水蒸气、空气或CO2。所述化学活化采用的活化剂为KOH、K2CO3或H3PO4。活化温度根据所选择的活化方式和活化剂而定。一般活化温度为600～950℃。活化时间为1～4h。
本发明方法步骤c中，如采用物理活化剂，主要反应为气体在高温下可以扩大炭的微孔，水蒸气也可以和C元素反应生成一氧化碳和氢气从而进一步造微孔；如采用化学活化剂，例如H3PO4，主要反应是H3PO4水解半纤维素和纤维素中的糖苷键，劈开木质素中的芳醚键，在这个过程中，H3PO4还可以帮助交联聚合物链，从而生成芳香结构。每种活化剂的反应原理都不太一样，但是主要目的都是给生物炭表面赋予更多的含氧官能团和孔结构，使生物炭化学性质更活泼、吸附能力更强。
下面通过具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1
将椰壳粉碎、研磨，并通过200目筛；将5份椰壳、2份腐植酸和0.75份蒸馏水充分混合；将混合物倒入9孔/cm2模具中以15MPa的压力挤出成型(模具参数如表1所示)，得到潮湿蜂窝体；将得到的蜂窝体在105℃条件下干燥24h至含水量低于2％；将干燥后的蜂窝体置于管式炉中，在N2惰性氛围下以5℃/min升温至600℃恒温4.0小时，得到炭化料；将管式炉以5℃/min升温至950℃，通入水蒸气活化2.0h，随后在N2氛围下冷却至室温，得到蜂窝活性炭。
将蜂窝活性炭装于横流式滴滤箱填料区(50×50×75cm)中，该滴滤箱填料区与滴滤箱本体的体积比为0.6，填料层所占滴滤箱体积比为0.5，排水孔直径为0.1cm，如图3所示，将该滴滤箱与废气进出口、循环水箱、水泵等组成一个滴滤池反应体系。
在装载蜂窝活性炭的情况下，采用传统的逆流滴滤箱、顺流滴滤箱以及干床作为对比，进行较高空速范围(0-0.35m/s)下的床层压降测试。如图4所示，在线速度为0-0.35m/s时，横流式滴滤池床层压降也可低于150mm H2O/m炭床，床层压降大小为逆流式>顺流式>横流式>干床，证明了在较高空速时，横流式滴滤箱相对于传统滴滤箱能够显著降低床层压降。
表1蜂窝材料成型模具参数
| 模具1 | 模具2 | |
| 开孔率(孔/cm<sup>2</sup>) | 9(3×3) | 16(4×4) |
| 开孔形式 | 方形孔 | 方形孔 |
| 孔径(mm) | 1.4 | 2.3 |
| 壁厚(mm) | 0.9 | 0.8 |
| 样品边长(mm) | 30 | 30 |
实施例2
将椰壳粉碎、研磨，并通过200目筛；将10份椰壳、4份煤焦油和1份蒸馏水充分混合；将混合物倒入9孔/cm2模具中以15MPa的压力挤出成型，得到潮湿蜂窝体；将得到的蜂窝体在105℃条件下干燥24h至含水量低于2％；将干燥后的蜂窝体置于管式炉中，在N2惰性氛围下以10℃/min升温至600℃恒温4.0小时，得到炭化料；将管式炉以10℃/min升温至950℃，通入水蒸气活化2.0h，随后在N2氛围下冷却至室温，得到蜂窝活性炭。
将蜂窝活性炭装于横流式滴滤箱(50×50×50cm)中，该滴滤箱填料区与滴滤箱本体的体积比为0.6，填料层所占滴滤箱体积比为0.5，将该滴滤箱与废气检测仪、循环水箱等组成一个生物滤池反应体系。
在装载蜂窝活性炭的情况下，采用传统的逆流滴滤箱、顺流滴滤箱以及干床作为对比，进行较低空速范围(0-0.2m/s)下的床层压降测试。如图5所示，在线速度降低为0.2m/s时，床层压降可低至50mm H2O/m-炭床，床层压降大小依然为逆流式>顺流式>横流式>干床，且横流式滴滤箱的压降几乎接近干床，证明了在较低空速时，横流式滴滤箱相比于传统滴滤箱依然能够显著降低床层压降，且运行会更加稳定持久。
实施例3
将煤炭粉碎、研磨，并通过200目筛；将8份煤炭、5份煤焦油和0.6份蒸馏水充分混合；将混合物倒入9孔/cm2模具中以15MPa的压力挤出成型，得到潮湿蜂窝体；将得到的蜂窝体在105℃条件下干燥24h至含水量低于2％；将干燥后的蜂窝体置于管式炉中，在N2惰性氛围下以8℃/min升温至600℃恒温2.0小时，得到炭化料；将管式炉以8℃/min升温至900℃，通入CO2活化2.0h，随后在N2氛围下冷却至室温，得到蜂窝活性炭。图6为蜂窝活性炭样品成型后实例图。图7为样品的N2气吸附-解吸曲线，计算出其比表面积为682m2/g。
实施例4
将木屑粉碎、研磨，并通过200目筛；将7份木屑、3份聚乙烯醇和0.9份蒸馏水充分混合；将混合物倒入16孔/cm2模具中以10MPa的压力挤出成型，得到潮湿蜂窝体；将得到的蜂窝体在105℃条件下干燥24h至含水量低于2％；将干燥后的蜂窝体置于管式炉中，在N2惰性氛围下以6℃/min升温至400℃恒温2.0小时，得到炭化料；将炭化料在10％KOH中浸渍4h，将浸渍后的炭化料在管式炉以6℃/min升温至900℃，保持2.0h，随后在N2氛围下冷却至室温，将经KOH活化后的炭化料采用0.1mol/L稀盐酸洗至中性后烘干，得到蜂窝活性炭。
将上述方法制备的蜂窝活性炭填料(ACH)填充于横流式滴滤箱填料层中，该滴滤箱填料区与滴滤箱本体的体积比为0.8，填料层所占滴滤箱体积比为0.8，将2个滴滤箱串联为一个反应体系。
向生物滴滤系统气箱左端通入浓度为1000ppmv的H2S气体，空床停留时间为2min，定期测定出口H2S的浓度。选用常见的等体积市售聚丙烯泡沫填料(PP)作为对照，比较两种填料的吸附性能。
如图8所示，结果表明，ACH对H2S的吸附性能明显强于PP。反应初期，PP填料的出口H2S浓度呈直线上升的趋势，仅仅3个小时，其H2S的出口浓度从0ppmv升高至约700ppmv，接近进口浓度，表明PP对H2S的吸附能力较差。而ACH的出口H2S浓度一直维持在0ppmv，滴滤箱运行49h后，其出口浓度才开始缓慢升高，反应75h以后，该滴滤箱出口浓度仍保持在200ppmv左右，去除率高达80％。这表明，该ACH填料具备较强的H2S吸附性能。
实施例5
将木屑粉碎、研磨，并通过200目筛；将6份木屑、4.5份聚乙烯醇和0.5蒸馏水充分混合；将混合物倒入16孔/cm2模具中以10MPa的压力挤出成型，得到潮湿蜂窝体；将得到的蜂窝体在105℃条件下干燥24h至含水量低于2％；将干燥后的蜂窝体置于管式炉中，在N2惰性氛围下以9℃/min升温至400℃恒温2.0小时，得到炭化料；将炭化料在10％KOH中浸渍4h，将浸渍后的炭化料在管式炉以9℃/min升温至800℃，保持2.0h，随后在惰性氛围下冷却至室温，将经KOH活化后的炭化料采用0.1mol/L稀盐酸洗至中性后烘干，得到ACH。
将上述方法制备的蜂窝活性炭填料(ACH)填充于横流式滴滤箱填料层中，该滴滤箱填料区与滴滤箱本体的体积比为0.8，填料层所占滴滤箱体积比为0.8，将2个滴滤箱串联为一个滴滤池反应体系。
反应的循环液配置如下：Na2HPO41.2g/L、KH2PO4 1.8g/L、MgSO4·7H2O 0.1g/L、(NH4)2SO4,0.1g/L、CaCl2 0.03g/L。通过一个连续工作的蠕动泵，将循环槽中液体以5mL/min的流量运送至滴滤箱顶部，随后液体在重力作用下，从顶部均匀落下，通过填料床层，再流入水箱循环槽。反应开始后，向气箱左侧通入浓度为1000ppmv的H2S，空床停留时间为2min。选择实施例2中已吸附饱和的PP进行对比试验。
如图9所示，结果显示，反应初期，两种填料就表现出了十分明显的差异。填充PP的滴滤箱，其出口浓度约为600ppmv，而填充ACH的滴滤箱，其出口H2S浓度一直保持在50ppmv以下。这表明，在填充蜂窝活性炭的反应床层中，液体能更好的吸收H2S。这是因为该蜂窝活性炭具有较好的吸附作用。
实施例6
将酒糟粉碎、研磨，并通过200目筛；将10份酒糟、5份PVB和1份蒸馏水充分混合；将混合物倒入16孔/cm2模具中以10MPa的压力挤出成型，得到潮湿蜂窝体；将得到的蜂窝体在105℃条件下干燥24h至含水量低于2％；将干燥后的蜂窝体置于管式炉中，在N2惰性氛围下升温至400℃恒温2.0小时，得到炭化料；将管式炉升温至900℃，通入空气活化1.0h，随后在惰性氛围下冷却至室温，得到蜂窝活性炭ACH。将上述方法制备的ACH填充于横流式滴滤箱填料层中，该滴滤箱填料区与滴滤箱本体的体积比为0.8，填料层所占滴滤箱体积比为0.8，将2个滴滤箱串联为一个滴滤池反应体系。
将事先驯化富集好的脱硫好氧混合菌用实施例5中的循环液清洗数次，随后，倾倒入填充了ACH的滴滤箱中，初始混合菌截留于床层之中。滴滤箱底部配一玻璃循环槽，循环槽内盛装1.2L的微生物培养基作为滴滤箱的循环液。循环液配置如实施例5中所述。通过一个连续工作的蠕动泵，将循环槽中液体以5mL/min的流量运送至柱式滴滤箱顶部，随后液体在重力作用下，从顶部均匀落下，通过填料床层，再流入循环槽。利用一个空气泵，向循环槽中鼓入空气，以实现对微生物的间接供氧。反应开始后，向气箱左部通入浓度为1000ppmv的H2S，空床停留时间为2min。以传统的活性炭填料(AC)作为对比。
如图10所示，该蜂窝活性炭填料具有启动时间短，易于挂膜等优点，ACH上微生物数量明显更加密集，可见ACH拥有更好的挂膜性能。
待生物滴滤池运行30天稳定后，测定了两个反应床层压降，结果显示，整个床层压降为1-2mm水柱，远低于AC的3～12mm水柱，表明以ACH为生物滴滤箱填料能大大降低床层压降，显著降低运行成本。
Claims (10)
1.横流式滴滤箱，其特征在于：包括箱体，所述箱体从上往下依次分为进水区(1)、填料区(2)和出水区(3)，所述进水区(1)的顶部设有进水口(11)，出水区(3)的底部设有出水口(31)，所述填料区(2)内设有填料层，所述填料区(2)相对的两个侧面上设有排气孔(21)，所述填料层为蜂窝活性炭。
2.如权利要求1所述的横流式滴滤箱，其特征在于：所述蜂窝活性炭为立方体结构，其孔隙率为9～16孔/cm2，孔径1.5～2.5mm。
3.如权利要求1所述的横流式滴滤箱，其特征在于：所述进水区(1)与填料区(2)之间设有布水盘(4)，所述填料区(2)与出水区(3)之间设有填料隔板(5)，所述填料隔板(5)上均布有多个排水孔(51)。
4.如权利要求1所述的横流式滴滤箱，其特征在于：所述填料区(2)与箱体的体积比为0.5～0.8，所述填料层与填料区(2)的体积比为0.6～0.8，所述填料区(2)的水流通过面与气流通过面的面积比为1：1～3。
5.带有如权利要求1～4任意一项权利要求所述的横流式滴滤箱的生物滴滤池，其特征在于：包括水箱(6)、气箱(7)和循环水系统，所述水箱(6)与气箱(7)之间设有多个横流式滴滤箱，所述箱体的填料区(2)位于气箱(7)中，出水区(3)位于水箱(6)中，所述循环水系统包括连在箱体的进水口(11)与水箱(6)之间的输水管道(8)和位于输水管道(8)上的水泵(9)。
6.如权利要求5所述的生物滴滤池，其特征在于：所述水箱(6)与气箱(7)之间并列设置有2～5个横流式滴滤箱，所述气箱(7)的两端分别设有进气口(71)和出气口(72)，所述箱体上排气孔(21)的方向与气箱(7)中气流方向一致，所述气箱(7)上设有取样孔(73)，所述水箱(6)上设有培养基入口(61)和培养基出口(62)。
7.如权利要求1所述的蜂窝活性炭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、将炭原料、粘结剂和水充分混合，将混合物倒入蜂窝模具中挤出成型，得到潮湿蜂窝体，其中按重量计，炭原料5～10份、粘结剂2～5份和水0.5～1份；
b、干燥步骤a潮湿蜂窝体，然后在惰性气氛下升温至400～600℃保温，得到炭化料；
c、将炭化料进行活化，得到蜂窝活性炭。
8.如权利要求7所述的蜂窝活性炭的制备方法，其特征在于：
步骤a中，所述炭原料为木屑、椰壳、果壳、竹粉、秸秆、污泥、酒糟或煤炭中的至少一种；
进一步的，所述炭原料为废弃炭原料；
所述炭原料的粒度为过100～200目筛的筛下物；
所述粘结剂为煤焦油、腐植酸、PVB或聚乙烯醇中至少一种；
所述模具采用9～16孔/cm2正方形孔蜂窝模具，所述挤出压力为9～15MPa。
9.如权利要求7所述的蜂窝活性炭的制备方法，其特征在于：
步骤b中，所述干燥至含水量在2％以下；
进一步的，在105℃干燥24h以上；
所述惰性气氛为氮气或氦气；
所述升温至400～600℃的升温速率为5～10℃/min；
所述保温1～4h。
10.如权利要求7所述的蜂窝活性炭的制备方法，其特征在于：
步骤c中，所述活化为物理活化或化学活化；
进一步的，所述物理活化采用的活化剂为水蒸气、空气或CO2中至少一种；所述化学活化采用的活化剂为KOH、K2CO3或H3PO4中至少一种；
所述活化温度为600～950℃；
所述升温至600～950℃的升温速率为5～10℃/min；
所述活化时间为1～4h。
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| CN201910026855.4A CN109499351A (zh) | 2019-01-11 | 2019-01-11 | 横流式滴滤箱及生物滴滤池和蜂窝活性炭的制备方法 |
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