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　活性炭吸附技術(shù)對(duì)灰水的分離

　　灰水的定義是所有與家庭用水有關(guān)的活動(dòng)(不包括廁所產(chǎn)生的水)產(chǎn)生的廢水，占城市地區(qū)廢水的50–70%。由于有機(jī)物和生物污染物水平較低，灰水是可以用于回收，再循環(huán)和再利用的，不過只能是非飲用水用途，包括沖廁，景觀灌溉，和地下水含水層補(bǔ)給。在再利用之前，必須對(duì)灰水進(jìn)行靈活的下游利用，并對(duì)其進(jìn)行充分處理，而不會(huì)造成潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。在這里，我們研究了微生物電化學(xué)電池和活性炭生物濾池用于中水處理的綜合過程。特別注意了不同階段表面活性劑的去除效率，并在獨(dú)立過程評(píng)估活性炭生物濾池的性能，了解液體再循環(huán)對(duì)活性炭生物濾池性能的影響。

　　活性炭反應(yīng)器的設(shè)置

　　我們對(duì)微生物電化學(xué)電池的兩步集成過程進(jìn)行研究，然后進(jìn)行了被動(dòng)充氣的活性炭生物濾池在圖1顯示，用于灰水處理。微生物電化學(xué)電池用中水在四個(gè)不同的水力停留時(shí)間(HRT)下運(yùn)行。基于電流密度，一維HRT被認(rèn)為是合適的。因此，在活性炭生物濾池中對(duì)在1天HRT運(yùn)行的微生物電化學(xué)電池廢水進(jìn)行了后處理。作為對(duì)照條件，將活性炭生物濾池進(jìn)一步與生灰水一起運(yùn)行，并將結(jié)果與​​綜合處理方案(即微生物電化學(xué)電池，然后是活性炭生物濾池)進(jìn)行比較。

　　圖1：(a)活性炭的示意圖生物濾池，(b)活性炭生物濾池設(shè)置的照片。

　　活性炭生物濾池的性能

　　廢水處理：盡管一天和四天當(dāng)前密度是可比的，但是一天的微生物電化學(xué)電池廢水中的COD和SS濃度明顯高于四天。但是，從能源回收的角度看，一日熱力發(fā)電仍然很有吸引力。因此，進(jìn)一步評(píng)估了一天水力停留時(shí)間的微生物電化學(xué)電池流出物是否需要用活性炭生物濾池進(jìn)行后處理。活性炭生物濾池反應(yīng)器在去除表面活性劑方面非常高效，這可能是由于其高吸附能力，出水陰離子表面活性劑濃度僅為0.74mg/L。將接觸時(shí)間縮短至0.5h后，出水TCOD濃度為8mg/L時(shí)，TCOD去除效率為98.4%。在這種情況下，TSS的平均濃度為12mg/L。此外，表面活性劑的流出物濃度略微增加到1.88mg/L。對(duì)于兩種水力停留時(shí)間，乙酸鹽濃度均<1mg/L。流出物沒有表面活性劑的任何特征性氣味，并且在持續(xù)搖動(dòng)下不會(huì)形成任何泡沫，表明組合的微生物電化學(xué)電池加活性炭生物濾池處理的效率，圖2顯示過程。與其他混合微生物電化學(xué)過程相比，微生物電化學(xué)電池和活性炭生物濾池證明了在TCOD去除方面高速率處理系統(tǒng)的潛力。在相對(duì)較短的水力停留時(shí)間上達(dá)到了相當(dāng)?shù)挠袡C(jī)物去除效率。

　　圖2：生水和活性炭處理過的灰水的照片。

　　原水處理：盡管緊隨微生物電化學(xué)電池之后的活性炭生物濾池顯示出了可喜的結(jié)果，但活性炭生物濾池作為獨(dú)立過程顯示出從生水中去除有機(jī)物和表面活性劑方面的顯著有效性能。接觸1小時(shí)后，原灰水的TCOD去除效率為95.5%，接觸0.5小時(shí)后，TCOD去除率略降至92.4%。接觸時(shí)間為1小時(shí)和0.5小時(shí)的TCOD濃度分別為21mg/L和35mg/L。最終SS濃度在1小時(shí)和0.5小時(shí)的接觸時(shí)間內(nèi)分別為17mg/L和24mg/L。因此，這些結(jié)果表明，單獨(dú)的活性炭生物濾池也可以提供有效的灰水處理。但是，在活性炭生物濾池之前部署微生物電化學(xué)電池可能會(huì)提供能量/資源回收的機(jī)會(huì)，而活性炭作為獨(dú)立過程是不可能的。此外，使用原灰水運(yùn)行的活性炭生物濾池出水不能滿足推薦的重復(fù)使用準(zhǔn)則。1小時(shí)HRT的表面活性劑濃度為5.5mg/L，在0.5小時(shí)的HRT下表面活性劑的濃度進(jìn)一步增加至24±3mg/L。兩種條件下的流出物在搖動(dòng)時(shí)都會(huì)形成泡沫，這表明存在表面活性劑。因此，將需要進(jìn)一步提高HRT以滿足推薦的出水水質(zhì)以便重復(fù)使用。

　　活性炭生物濾池還可以使用原水進(jìn)行操作，而無需進(jìn)行廢水再循環(huán)。在0.5小時(shí)和1小時(shí)的接觸時(shí)間內(nèi)，活性炭生物濾池反應(yīng)器中出水的TCOD濃度分別為97mg/L和82mg/L。LAS濃度為23.6mg/L(0.5小時(shí)HRT)和20mg/L(1小時(shí)HRT)。因此，在消除液體再循環(huán)之后，流出物質(zhì)量大大降低。在不進(jìn)行再循環(huán)的情況下對(duì)生物濾池進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試時(shí)，觀察到當(dāng)HRT增加到3–6小時(shí)，反應(yīng)器的出水水質(zhì)可達(dá)到再循環(huán)的水質(zhì)。因此，結(jié)果表明，廢水的再循環(huán)對(duì)于減輕傳質(zhì)限制，促進(jìn)污染物與生物膜之間的相互作用以及活性炭對(duì)污染物的吸附至關(guān)重要。

　　活性炭吸附技術(shù)對(duì)灰水的分離發(fā)現(xiàn)，微生物電化學(xué)電池和活性炭生物濾池的綜合處理系統(tǒng)可以為TCOD和陰離子表面活性劑提供約99%的去除率，總水力停留時(shí)間為25小時(shí)。液體的再循環(huán)在活性炭生物濾池的運(yùn)行中起著至關(guān)重要的作用。盡管結(jié)果表明好氧活性炭生物濾池可以為灰水提供獨(dú)立的解決方案，但能量回收的潛力及其隨后用于增值產(chǎn)品的利用可能會(huì)成為未來研究和優(yōu)化的巨大動(dòng)力。盡管如此，仍需要進(jìn)一步研究來優(yōu)化工藝參數(shù)，擴(kuò)大規(guī)模，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性以及對(duì)集成工藝的生命周期評(píng)估。