水熱碳化工藝是在180至260°C的壓力容器中使用生物質(zhì)懸浮液進(jìn)行的。反應(yīng)階段完成后，通過(guò)過(guò)濾分離固體產(chǎn)物和生產(chǎn)用水。對(duì)于生產(chǎn)用水的排放，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)酸性的，其主要成分為乙酸，甲酸，乙酰丙酸和乙醇酸，以及羥甲基糠醛等難降解的有機(jī)物。一般處理方法在活性炭上吸附去除水中的厭氧和好氧降解后殘留的有機(jī)物。本次我們研究使用顆粒活性炭的吸附以及臭氧化與生物降解的結(jié)合，來(lái)預(yù)處理去除工藝水中難處理的有機(jī)物。

　　研究活性炭吸附的方法

　　通過(guò)確定總體等溫線(溶解的有機(jī)碳(DOC)等溫線)并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)測(cè)試和柱測(cè)試，研究了預(yù)處理難降解有機(jī)物的吸附。為此選擇了顆粒狀活性炭，它以顆粒形式用于動(dòng)力學(xué)和色譜柱測(cè)試。對(duì)于等溫線實(shí)驗(yàn)，將活性炭顆粒在球磨機(jī)中壓碎。所得粉末狀活性炭的粒徑小于40μm。等溫線數(shù)據(jù)通過(guò)應(yīng)用瓶點(diǎn)法確定。對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)，將0.1到2.0 g的活性炭添加到0.2 L的溶液中。先前的測(cè)試表明，接觸時(shí)間72小時(shí)足以達(dá)到平衡。平衡后，將瓶從振蕩器中取出，通過(guò)0.45 µm膜過(guò)濾樣品，并分析DOC。從質(zhì)量平衡計(jì)算固相DOC濃度。

　　活性炭吸附

　　預(yù)處理的水熱碳化廢纖維和細(xì)覆蓋廢水的總體等溫線如圖1所示。因此，不可降解的有機(jī)物很好地吸附在活性炭上，而細(xì)覆蓋有機(jī)物的固相濃度要低得多。通過(guò)將IAST模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合來(lái)評(píng)估數(shù)據(jù)，該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是針對(duì)兩種不同的初始濃度(原始和稀釋廢水)獲得的。作為擬合標(biāo)準(zhǔn)，使用最小化測(cè)量和計(jì)算出的水相濃度之間以及實(shí)驗(yàn)和計(jì)算出的固相濃度之間的相對(duì)偏差。經(jīng)過(guò)色譜圖實(shí)驗(yàn)表明，顆粒活性炭可以很好地去除有機(jī)物，在56 cm色譜柱中經(jīng)過(guò)約75小時(shí)后，首先發(fā)生了10%的穿透。相比之下，細(xì)料覆蓋的有機(jī)物在20小時(shí)后已經(jīng)在第二個(gè)色譜柱中達(dá)到了50%的突破，因此顆粒狀活性炭對(duì)它們的吸收受到更大的限制。

　　圖1:預(yù)處理過(guò)的水熱碳化廢纖維和細(xì)覆蓋處理水的總體等溫線的比較。

　　動(dòng)態(tài)吸附模型適用于預(yù)測(cè)顆粒狀活性炭塔中難熔有機(jī)物的吸收。列出的色譜柱容量證明了這一結(jié)論，其中測(cè)得數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)之間的平均偏差僅為17%。數(shù)字再次表明，廢纖維有機(jī)物的容量比高分子細(xì)覆蓋有機(jī)物的容量高得多。通過(guò)顆粒狀活性炭去除>90%的廢纖維有機(jī)物是現(xiàn)實(shí)的。因此，如果需要的話，該方法適于確保低的廢水濃度。另一方面，細(xì)覆蓋有機(jī)物的去除效率僅在運(yùn)行的前20小時(shí)才高于50%。這既可以歸因于細(xì)覆蓋有機(jī)物的較弱的吸附性，也歸因于它們較慢的吸附動(dòng)力學(xué)。在技​​術(shù)規(guī)模上，確切的去除效率和操作時(shí)間將取決于吸附器的操作條件。根據(jù)此處提供的數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論，對(duì)于細(xì)覆蓋廢水，不能認(rèn)為活性炭吸附是合適的后處理工藝。此外，可以從處理后的垃圾滲瀝液的通過(guò)粒狀活性炭作比較，因?yàn)榧词惯_(dá)到穩(wěn)定的填埋場(chǎng)也繼續(xù)產(chǎn)生滲濾液。很多例子表明，活性炭在實(shí)踐中已成功地用于去除難處理的有機(jī)物。

　　臭氧化研究

　　臭氧化對(duì)使用兩種不同臭氧劑量的預(yù)處理廢水的影響如圖2所示。旨在將少量的250 mg/L的臭氧和較高的500 mg/L的臭氧轉(zhuǎn)移到活性炭中。但是，由于實(shí)際測(cè)試中的條件，實(shí)際劑量與這些值有所不同。分別在圖2中指定的臭氧劑量是轉(zhuǎn)移到液相中的臭氧的有效量。雖然較低的劑量(200至255 mg/L)被認(rèn)為對(duì)于部分氧化是合理的，但較高的劑量應(yīng)表明更廣泛的氧化將對(duì)耐火有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生什么影響。

　　圖2:經(jīng)過(guò)臭氧化處理對(duì)預(yù)處理的水熱碳化用過(guò)的纖維廢水(左)和細(xì)覆蓋廢水(右)的影響。

　　處理方案

　　在圖3中，顯示了徹底處理水熱碳化工藝廢水的建議方案。有機(jī)物質(zhì)的主要吸收者是生物階段。如果目標(biāo)是養(yǎng)分回收，則應(yīng)在厭氧反應(yīng)器的上游進(jìn)行。在厭氧階段添加共底物可以幫助穩(wěn)定厭氧降解。如果需要進(jìn)一步去除難熔有機(jī)物，則應(yīng)優(yōu)先選擇吸附在活性炭上。在廢水具有大量高分子量組分的情況下，該方法將是相當(dāng)貴的。因此，應(yīng)將臭氧化與有氧降解結(jié)合起來(lái)考慮。在這里，可以選擇將臭氧水帶回主要的好氧反應(yīng)器，也可以使用單獨(dú)的反應(yīng)器，其中生物質(zhì)可以更具體地適應(yīng)基質(zhì)。必須對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查，以找到一種可持續(xù)的處理該類廢水的工藝方案。但是，活性炭的吸附應(yīng)始終是最后階段。

　　圖3:徹底處理水熱碳化工藝水的建議方案。

　　水熱碳化工藝廢水的特征在于需要進(jìn)行初步生物學(xué)處理的高濃度有機(jī)物。在本文研究中，厭氧-好氧聯(lián)合處理對(duì)細(xì)覆蓋物的去除效率為87%，對(duì)廢纖維廢水的去除效率分別為94.5%。如果它們具有低分子量，則在活性炭上的吸附非常適合除去殘留的難熔有機(jī)物，例如在廢纖維廢水中，因?yàn)椴豢晌�附的部分很小，并且主要成分具有很�?qiáng)的吸附性。因此，可以預(yù)期高的柱容量。如果難降解的有機(jī)物具有高分子量，則應(yīng)對(duì)其進(jìn)行臭氧化處理，然后再循環(huán)至好氧階段或進(jìn)行單獨(dú)的好氧處理，如精細(xì)覆蓋廢水。對(duì)于每種實(shí)際情況，都需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，以便在考慮特定法律要求的情況下確定合適的處理方案。

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