[发明专利]生物活性炭BAC工艺去除重金属的方法及重金属容量的判定方法、应用

说明书

本发明公开了生物活性炭BAC工艺去除重金属的方法及重金属容量的判定方法、应用。生物活性炭(BAC)工艺两阶段去除重金属的机理及该工艺中活性炭吸附重金属容量的判定方法，扩展了BAC工艺的除臭氧氧化、吸附、生物降解功能外的除重金属的功能，实现了BAC工艺的绿色循环利用。该工艺中活性炭吸附重金属的容量可由活性炭的实时酸性官能团含量、表面吸附的Ca等金属含量、工艺运行时间、活性炭的等电点预测；对于刚投入使用的新活性炭，可由碱性降低阶段的pH来预测。本发明不增加任何成本，进一步发掘了运行不同时期的BAC工艺中活性炭的功能，尽而达到充分发挥活性炭的功能以及节约资源的目的。

技术领域

本发明涉及生物活性炭(BAC)领域，涉及BAC法水处理工艺的除重金属机理及该工艺中活性炭吸附重金属容量的判定方法，尤其是给水深度处理工艺中的BAC工艺去除重金属的机理及其吸附重金属容量的判定方法，具体为一种生物活性炭BAC工艺去除重金属的方法及重金属容量的判定方法、应用。

背景技术

BAC工艺集合了臭氧氧化、生物降解和活性炭吸附功能，其利用具有巨大比表面积及发达孔隙结构的活性炭对水中有机物及DO的强吸附特性，以及在适当的温度和营养条件下，作为微生物集聚、繁殖、生长的载体，使其能同时发挥生物降解、和吸附作用^[1]。国内外实践表明，BAC工艺对COD、挥发酚、氨氮，UV₂₅₄等指标均有较好的去除效果，对大多数微量有机污染物，如农药(滴滴涕、阿特拉津等、嗅味物质、三卤甲烷前体物(THMs)、药品及个人护理品(PPCPs)、氨氮等^[2,3]亦都有较好的去除效果。我国北京、上海、广州、深圳、苏州、嘉兴、无锡等城市供水系统均采用了这一给水深度处理工艺，且其应用范围还在增加^[3]。

然而，在BAC工艺运行一定年限(5-10年)后，其出水水质将不能满足要求，此时需要换炭或再生。为了减少已达到使用年限活性炭的处理、处置的成本及二次污染问题，课题组前期研究中发现了已经使用过的废弃活性炭具备优秀的吸附重金属的能力^[7-9]：BAC工艺下废弃活性炭对水中重金属Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Sr(Ⅱ)具有很好的去除效果，并已证明其对金属离子的吸附机理为酸性基团的络合与离子交换作用，这是由于废弃活性炭由新活性炭的表面碱性变为表面酸性，其表面特性发生了变化，由疏水性变成了亲水性，形成了有利于重金属吸附的酸性表面位点^[7]，这为废弃活性炭的再应用指明了一个新方向。

虽然，已经发现BAC工艺中的废弃活性炭由疏水性变成了亲水性，形成了有利于重金属吸附的酸性表面位点，但BAC工艺从开始投入运行到实现去除重金属功能的机理尚不清楚，何时及如何有效利用这一功能亦尚需进一步探究。本发明既是针对这一问题而展开，该发明将为BAC工艺的进一步发展提供理论和技术支撑。

参考文献：

[1]刘红,谢倍珍,李安婕.生物活性炭水质净化理论和技术[M].北京:科学出版社,2007.

[2]Andersson A.,Laurent P.,Kihn A.,et al.Impact of temperature onnitrification in biological activated carbon(BAC)filters used for drinkingwater treatment[J].Water Research,2001,35(12):2923-2934.

[3]中国土木工程学会水工业分会给水深度处理研究组织编写.给水深度处理技术原理与工程案例[M].北京:中国建筑工业出版社,2013.

[4]江洪龙,王志伟,孙强.废活性炭再生技术研究进展[J].绿色科技,2020(22):136-138.

[5]刘婧.BAC工艺中废弃活性炭用于吸附金属离子的研究[D].天津:天津大学,2020.

[6]邹学权.水处理用活性炭的微波改性与再生[D].杭州:浙江大学,2008.