探討活性焦：一種用得起的吸附強化水處理技術

時間：2018-03-06 來源：IWA國際水協會 作者：

難降解廢水，顧名思義，由于廢水中含有大量的生物難降解或有毒有害物質，單純使用生化技術，出水水質難以滿足日益嚴格的排放和回用要求。如何實現難降解廢水的高效處理，一直是研究和工程實踐的熱點和難點。在眾多的物化處理技術中，吸附技術由于其可良好的生物相容性，更是受到關注和青睞。

吸附簡介

在水處理技術中，吸附技術非常悠久。早在一百年前，人們就開始使用活性炭進行水的凈化。但是由于活性炭價格昂貴，長期以來，主要集中在飲用水深度處理領域，典型工藝路線為“臭氧+生物活性炭”，目前已成為控制飲用水中微污染物的主流技術。在家用凈水器中，活性炭柱也是標配�？梢哉f，活性炭吸附水處理技術是最家喻戶曉的技術。

活性炭的吸附主要靠內部的孔道。按照國際純粹與應用化學協會(IUPAC)的定義：孔徑小于2納米的稱為微孔，孔徑在2到50納米之間的稱為中孔，孔徑大于50納米的稱為大孔。在吸附過程中，大孔是物質傳輸的通道，中孔和微孔是吸附位點。一個合理的吸附劑需要與被吸附的污染物進行匹配，即空間位阻效應。

在工業應用中，常采用碘值來表征比表面積尤其是微孔的表面積，微孔活性炭的比表面積一般為800-1000m2/g。長期以來，活性炭的應用（水處理）和生產（煤化工）脫節，生產單位不清楚用戶的需求，用戶的需求無法有效傳遞給生產，在活性炭的使用中普遍存在“萬金油”現象，應用需求和炭種不匹配，造成大量的資源浪費，也一定程度上限制了吸附水處理技術的發展。

什么是活性焦

活性焦，Lignite-coke，是中國電科院國電富通團隊以褐煤等低變質煤為主要原料，開發的一種新型炭質吸附材料，并實現了萬噸級的工業化生產，形成了活性焦企業標準和系列化產品。與傳統的活性炭相比，活性焦孔徑結構中孔較為發達，比表面積較低（500-6002/g），價格低廉。

活性焦與活性炭的孔徑結構與吸附性能對比示意

由上圖可以看出，如果廢水中含有較多的大分子污染物，微孔活性炭的吸附去除效果是低于活性焦的，換句話說，如果要達到對大分子污染物相同的吸附處理效果，微孔活性炭的投加量要高于活性焦，運行成本自然十分昂貴。煤化工廢水、印染廢水、制藥廢水中含有大量的大分子難降解污染物，活性焦對之有很好的吸附性能。

鑒于活性焦的中孔特點，原來在自來水應用領域常用的碘值，已經不能全面表征其吸附性能，迫切需要有一種新的指標體系。

吸星大法與化功大法

難降解工業廢水的典型工藝流程為“預處理-主體生化-后處理”，生化處理是核心，而合適的預處理則是達標的關鍵。生化降解猶如“化功大法”，利用微生物的代謝將污染物化之于無形；活性焦吸附則如“吸星大法”，通過物理性的吸附，強化生物降解，提升了對污染物的處理能力。

本技術成果利用活性焦對大分子難降解物質的選擇性吸附作用，對生化過程進行強化，延長微生物與污染物的作用時間，提升處理效果和系統抗沖擊負荷能力，在保障出水水質的前提下減少生化處理單元的構筑物尺寸，縮短水力停留時間。國電團隊還開發出新型動態吸附池、生物流動床、活性焦生物濾池等高效反應器，成功地掌握了廢焦回流、氣液耦合流態化等關鍵技術，實現了高效傳質和強化反應。

尤其是在強化預處理方面，創造性地利用含焦剩余污泥絮體的高比面積和逆流吸附廢焦的剩余能力，大大增強了預處理單元對難降解物質的去除，從而提升了整體工藝的效率。

LAB工藝路線圖

本技術成果申請專利11項，發表論文6篇，通過了中國化工學會組織的專家鑒定，形成了自主知識產權的活性焦吸附生物降解耦合技術(LAB, Lignite-coke Adsorption Biodegradation)。

本技術成果成功應用于全球規模最大的煤制氣廢水項目（大唐克旗），以及我國最大的制藥園區廢水處理項目（石家莊良村南）等多個重大工程項目，取得了良好的經濟、社會和環境效益。本技術還獲得2016年度環境保護科學技術獎，是一項適用于難降解廢水的新建和改造工程的實用技術。

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