复配型活性炭、其制备方法及应用与流程

1.本发明涉及污水处理领域，具体而言，涉及一种复配型活性炭、其制备方法及应用。


背景技术：

2.印染废水是指加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品为主的印染厂排出的废水。印染废水污染物含量高，可生化性差，水质变化剧烈，污染物中还含有苯、氮、胺等基团组成的有毒物质等，导致印染废水处理厂生物处理单元难以稳定运行。因此，研究者们通过向曝气池内投加活性炭等吸附剂的方法，提高生物处理单元的处理效率。但是，不同种类或类型的活性炭对于生物处理效果差异很大，需要针对废水水质和污染物特征开发高效的活性炭，用以提高印染废水生物处理单元的处理能力，保证出水水质。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种复配型活性炭、其制备方法及应用，以解决现有污水处理过程中采用的活性炭的针对性较差，导致其对污水的生物降解效果较差的问题。
4.为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种复配型活性炭的制备方法，该复配型活性炭的制备方法包括：检测废水生物处理系统中的废水中污染物的粒径及相应的化学需氧量；根据污染物的不同粒径筛选适用的活性炭，并进行第一次复配，得到初级复配型活性炭；向废水生物处理系统中投入初级复配型活性炭进行降解，对经过降解过程的废水生物处理系统中的微生物种类和丰度进行检测，并确定与微生物相对应的生物酶；将生物酶与初级复配型活性炭进行第二次复配，得到复配型活性炭。
5.进一步地，对经过降解过程的废水生物处理系统中的微生物种类和丰度进行检测的步骤采用的方法为高通量分析方法；检测废水生物处理系统中的废水中污染物的粒径的步骤采用的方法为激光粒度分析法。
6.进一步地，在检测废水中污染物的粒径及相应的化学需氧量的步骤之前，复配型活性炭的制备方法还包括：检测废水的总cod值；检测废水中粒径大于0.45μm的污染物的cod值以及粒径≤0.45μm的污染物的cod值。
7.进一步地，根据污染物的不同粒径筛选出适用的活性炭并进行第一次复配的步骤包括：当污染物的粒径大于0.45μm时，选用的第一活性炭，其中第一活性炭中孔径大于0.45μm的大孔的比例≥50％；当污染物的粒径小于等于0.45μm时，选用第二活性炭，第二活性炭中孔径小于0.45μm的中孔的比例≥50％；根据不同粒径的污染物的cod确定第一活性炭和第二活性炭的用量；将第一活性炭和第二活性炭进行混合，得到复配型活性炭。
8.进一步地，对经过降解过程的废水生物处理系统中的微生物种类和丰度进行检测，并确定与微生物相对应的生物酶的步骤包括：对废水生物处理系统中的微生物进行检测，以丰度最高的4种菌属作为关键微生物；根据关键微生物的组成确定生物酶。
9.本技术的另一方面还提供了一种复配型活性炭，采用本技术提供的复配型活性炭
的制备方法制得。
10.本技术的又一方面还提供了一种复配型活性炭的制备方法或本技术提供的复配型活性炭在废水处理领域中的应用。
11.应用本发明的技术方案，由于不同种类的废水中所含的污染物的种类也不相同。采用上述方法能够针对废水中所含的污染物粒径特性筛选出适用的多种活性炭，然后将多种活性炭进行复配获得所需的复合型活性炭；由于废水降解过程中存在多种微生物，且这些微生物会随着降解过程的进行而呈现出含量的差异，对废水生物处理系统中微生物的种类进行检测能够获知对废水降解更为有利的微生物种类。根据上述微生物种类确定所需的生物酶，将该生物酶与筛选出的复配型活性炭进行第二次复配能够获得对待处理的废水更加有针对性的、提高印染废水处理效率稳定运行能力的复配型活性炭，同时还能够显著改善废水中污泥的沉降性能，增强废水处理装置的处理能力。
附图说明
12.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
13.图1示出了本技术实施例1中某印染废水中不同粒径和分子质量有机物的cod分布图；
14.图2示出了投加与不投加本技术制得的专性生物酶活性炭对印染废水进行处理后的cod对比情况；
15.图3示出了投加与不投加本技术制得的专性生物酶活性炭对印染废水进行处理后的污泥沉降比(sv)对比情况；
16.图4示出了投加与不投加本技术制得的专性生物酶活性炭对印染废水进行处理后的污泥容积指数(svi)对比情况。
具体实施方式
17.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
18.正如背景技术所描述的，现有的污水处理过程中采用的活性炭的针对性较差，导致其对污水的生物降解效果较差的问题。为了解决上述技术问题，本技术提供了一种复配型活性炭的制备方法，该制备方法包括：检测废水生物处理系统中的废水中污染物的粒径及相应的化学需氧量；根据污染物的不同粒径筛选适用的活性炭，并进行第一次复配，得到初级复配型活性炭；向生物处理系统中投入上述初级复配型活性炭进行降解，降解完毕后，对经过降解过程的废水生物处理系统中的微生物种类和丰度进行检测，并确定与微生物相对应的生物酶；将生物酶与初级复配型活性炭进行第二次复配，得到所需的复配型活性炭。
19.由于不同种类的废水中所含的污染物的种类也不相同。采用上述方法能够针对废水中所含的污染物粒径特性筛选出适用的多种活性炭，然后将多种活性炭进行复配获得所需的复合型活性炭；由于废水降解过程中存在多种微生物，且这些微生物会随着降解过程的进行而呈现出含量的差异，对废水生物处理系统中微生物的种类进行检测能够获知对废水降解更为有利的微生物种类。根据上述微生物种类确定所需的生物酶，将该生物酶与筛
选出的复配型活性炭进行第二次复配能够获得对待处理的废水更加有针对性的、提高印染废水处理效率稳定运行能力的复配型活性炭，同时还能够显著改善废水中污泥的沉降性能，增强废水处理装置的处理能力。
20.对经过降解过程的废水生物处理系统中的微生物种类和丰度进行检测的步骤采用的方法为高通量分析方法；上述检测废水生物处理系统中的废水中污染物的粒径的步骤采用的方法为激光粒度分析仪法。
21.废水中粒度大于0.45μm的污染物以固态颗粒物的形式存在，而粒径≤0.45μm的污染物以溶解态的形式存在。在一种优选的实施例中，在检测废水中污染物的粒径及相应的化学需氧量的步骤之前，上述复配型活性炭的制备方法还包括：检测废水的总cod值；检测废水中粒径大于0.45μm以及小于等于0.45μm的污染物的cod值，以便于后续确定两种污染物所需的活性炭的用量，从而有利于进一步提高复配型活性炭对有机污染物的降解效果。
22.在一种优选的实施例中，根据污染物的不同粒径筛选出适用的活性炭并进行第一次复配的步骤包括：当污染物的粒径大于0.45μm时，选用的第一活性炭，其中第一活性炭中孔径大于0.45μm的大孔的比例≥50％；当污染物的粒径小于等于0.45μm时，选用第二活性炭，第二活性炭中孔径小于0.45μm的中孔的比例≥50％；根据污染物的丰度确定第一活性炭和第二活性炭的用量；将第一活性炭和第二活性炭进行混合，得到复配型活性炭。
23.需要说明的是，上述“比例”是指占活性炭中所有孔的数量的比例，比如当第一活性炭中包含1000个孔时，“大孔的比例≥50％”表示第一活性炭中大孔的数量≥500。
24.针对污染物的粒径选用特别孔径的活性炭种类，这能够使废水处理过程不同分子大小的有机物均能够进入活性炭孔中，使不同分子大小的有机污染物都能被吸附去除和被微生物降解。这不仅从物理吸附方面增强了处理效果，特别是具有生物毒性的有机物被吸附去除后能够减轻对废水生物处理系统的冲击，提高处理效果。
25.第一活性炭可以选用大孔发达的活性炭，比如木质炭；第二活性炭可以选用中孔发达的活性炭，比如果壳炭。
26.当废水中污染物的降解率不再变化时，降解过程结束。
27.检测微生物种类的方法可以采用本领域常用的方法。在一种优选的实施例中，对经过降解过程的废水生物处理系统中的微生物种类和丰度进行检测，并确定与微生物相对应的生物酶的步骤包括：对废水生物处理系统中的微生物进行检测，以丰度最高的4种菌属作为关键微生物并以此确定生物酶的种类。
28.微生物与复配型活性炭进行第二次复配以及筛选出最优比例的过程可以采用本领域常规的方式进行，在一种优选的实施例中，将微生物酶与复配型活性炭进行第二次复配的步骤包括：在同时考虑降解效果和成本的情况下，使该微生物酶与复配型活性炭进行复配，确定最佳的复配型活性炭。
29.本技术的另一方面还提供了一种复配型活性炭，采用本技术提供的制备方法制得。采用上述方法制得的复配型活性炭能够大大提高废水的生物处理效率和稳定运行能力，同时还显著提高了污泥的沉降性能。
30.本技术的又一方面还提供了一种本技术提供复配型活性炭或采用本技术提供的制备方法制得的复配型活性炭在废水处理领域中的应用。
31.采用上述方法制得的复配型活性炭能够大大提高废水的生物处理效率和稳定运
行能力，同时还显著改善了污泥的沉降性能。因而将其应用于废水处理领域有利于提高其生物处理效率和处理系统的稳定运行能力。
32.上述废水包括但不限于印染废水。
33.需要说明的是，本技术说明书摘要、权利要求书和说明书中的术语“第一”、“第二”是用于描述特定的顺序或先后次序。
34.以下结合具体实施例对本技术作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本技术所要求保护的范围。
35.实施例1
36.一种复配型活性炭的制备方法包括：
37.第一，有机污染物粒径和cod分析步骤。
38.对曝气池进水中的有机污染物的粒径和cod进行了考察，结果见图1。
39.由图1可以看出，曝气池进水总cod为506mg/l，其中颗粒态部分(粒径》0.45μm)的cod为144mg/l，占28％，溶解性(粒径≤0.45μm)有机物占72％。
40.第二，不同类型和孔径活性炭的优选复配步骤。
41.据前述检测的不同粒径和分子质量有机物分布情况，当污染物的粒径大于0.45μm时，选用的第一活性炭(碘值≥600mg/l，亚甲蓝值≥130mg/l，比表面积≥800m2/g)，其中第一活性炭中孔径大于0.45μm的大孔的比例≥50％；当污染物的粒径小于等于0.45μm时，选用第二活性炭(碘值≥950mg/l，亚甲蓝值≥180mg/l，比表面积≥1000m2/g)，第二活性炭中孔径小于0.45μm的中孔的比例≥50％。同时根据废水中粒径大于0.45μm的污染物的cod值以及粒径≤0.45μm的污染物的cod值，根据每一类污染物的cod值占废水总cod值的比例确定第一活性炭和第二活性炭的复配体积比为28％：72％。按上述体积比进行复配，获得所需的复配型活性炭。
42.第三，向处理印染废水的曝气池中按照每升水投加60～100mg的比例投加上述复配型活性炭，以对废水中所含的污染物进行降解步骤，到污染物基本无法再降解，降解过程结束。
43.第四，活性污泥微生物种类鉴定分析步骤。
44.降解结束后，对印染废水生物处理系统活性污泥中微生物的种类通过高通量测序方法进行鉴定分析，结果显示：
45.活性污泥在门水平的微生物主要包括(丰度最高的前四类)：proteobacteria(变形杆菌门)、deferribacteres(脱铁杆菌门)、bacteroidetes(拟杆菌门)、acidobacteria(酸杆菌门)。其中以proteobacteria(变形杆菌门)、deferribacteres(脱铁杆菌门)，在活性污泥中丰度较高。
46.根据以上微生物类别，确定漆酶为专性生物酶。
47.第五，专性生物酶与活性炭的复配步骤。
48.根据微生物种类鉴定结果确定生物酶，将前述确定的复配型活性炭与确定的生物酶进行配比混合，并结合降解效果(按照每升水投加60～100mg的比例投入曝气池，cod去除率≥60％)和成本考虑，确定筛选出的复配活性炭与生物酶的重量比为2000：1混合，获得所需的具有专性生物酶的活性炭，记为样品1。
49.对比例1
50.与实施例1的区别为：没有加入上述复配型活性炭，记为对照样1。
51.投加实施例1中本技术制得的生物酶活性炭与对比例1中不投加活性炭对印染废水进行处理后的cod对比情况如图2所示。
52.由图2可见，投加了生物酶活性炭的出水cod较之于不投加活性炭的cod基本每个月都有明显改善，曝气池投加活性炭的二沉池出水cod总平均值为69mg/l；不投加活性炭的二沉池出水cod总平均值为84mg/l。在试验所投加的复配活性炭量条件下，仅仅靠吸附作用只能去除一小部分cod。更重要的是，具有吸附作用的活性炭作为生物酶的载体能够加强微生物与废水中的有机物的接触几率和接触时间，同时为有机物与微生物提供充足的反应位点，激发了活性炭与活性污泥的吸附-降解-再生-重吸附的高效协同作用，提高了污染物降解速率和处理能力，从而实现了去除更多的cod。
53.曝气池投加生物酶活性炭与曝气池不投加活性炭的sv及svi情况见图3和图4。由图可见，曝气池投加活性炭的sv总平均值为36％；曝气池不投加活性炭的sv总平均值为74％。曝气池投加活性炭的svi总平均值为59ml/g；曝气池不投加活性炭的svi总平均值为135ml/g。也就是说，将开发出的复配活性炭投入曝气池中进行生物强化处理后，污泥沉降性能有了显著改善，客观上也增强了二沉池的表面负荷。
54.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：向废水中投加本发明的生物酶活性炭可以有效提高生物处理系统的处理效果和稳定性，同时还能够显著改善污泥的沉降性能。
55.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。
56.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。