: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(xiàn)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(xié)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?shù)耐ǖ�，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(yè)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(jié)，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(xiàn)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(fā)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(fā)的一種新型炭質吸附材料，并實現(xiàn)了萬噸級的工業(yè)化生產，形成了活性焦企業(yè)標準和系列化產品。與傳統(tǒng)的活性炭相比，活性焦孔徑結構中孔較為發(fā)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(jīng)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(yè)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(tǒng)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(fā)出新型動態(tài)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(tài)化等關鍵技術，實現(xiàn)了高效傳質和強化反應。

尤其是在強化預處理方面，創(chuàng)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(fā)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(guī)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(qū)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(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。本技術還獲得2016年度環(huán)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。

活性焦技術在煤化工廢水中的應用實踐

內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣是國家煤制氣示范項目。該項目所產生的綜合廢水中CODCr在3500 mg/L左右、氨氮在200 mg/L左右，廢水含高濃度有機污染物包括酚類、多環(huán)芳香族化合物及含氮、氧、硫的雜環(huán)化合物等，色度極高，是一種典型難降解工業(yè)廢水。項目采用生化+深度處理工藝，其中深度處理采用LAB技術，出水COD小于50mg/L。

大唐克旗項目工藝路線

大唐克旗項目吸附池

經(jīng)驗與啟示

當前，環(huán)保產業(yè)快速發(fā)展，環(huán)保技術創(chuàng)新是學界和業(yè)界共同關心的話題，本技術成果的研發(fā)和產業(yè)化過程，或許可以提供一些借鑒。

(1)需求導向

2009年是我國煤制天然氣等新型煤化工快速發(fā)展的開局之年，廢水處理與回用問題成為當時影響項目審批和運行的關鍵。研究團隊成立之初就有明確的產業(yè)化目標，即攻克煤氣化廢水處理難關，為2012年首個項目的投標和設計建設提供技術支撐。因此以目標項目進行倒逼，倒排工期，技術開發(fā)產業(yè)化是按照系統(tǒng)工程的思維進行整體統(tǒng)籌的，在各關鍵時點都配置了大量的資源。

LAB工藝研發(fā)歷程

(2)高效且多元化的團隊

本技術成果的關鍵材料活性焦是一種有別于傳統(tǒng)活性炭的新材料，其研發(fā)成功很大程度上有賴于一個背景多元的團隊，團隊由一批環(huán)境工程、煤加工、熱工、機械等多學科的高素質人才組成，碩士以上學歷超過50%，年齡結構上既有經(jīng)驗豐富的老同志，也有新的畢業(yè)生，團隊有很強的戰(zhàn)斗力。

(3)投入充分

一項創(chuàng)新性的工程技術的開發(fā)需要大量的人力和資金等各方面的投入。本技術成果研發(fā)過程中，在領導的大力支持下，穩(wěn)定的技術隊伍有20多人，公司(包括上級單位和國家863項目)累計投入經(jīng)費超千萬元，在研發(fā)過程中也建立了包括CMA測試、中試等鏈條完整的創(chuàng)新基地，為后續(xù)其他項目的研發(fā)提供了堅實的基礎。

參考文獻

滕濟林,姜艷,曹效鑫,苗文華,李若征,杜明生,郭雷雷; 粉末活性焦強化A/A/O工藝處理煤氣化廢水的中試研究; 環(huán)境科學學報; 2014,34(5):1249

AN Hongguang, LIU Zhengqiang, CAO Xiaoxin, TENG Jilin, MIAO Wenhua, LIU Junfeng, LI Ruozheng, LI Peng; Mesoporouslignite-coke as an effective adsorbent for coal gasification wastewater treatment. Environmental Science Water Research & Technology; 2017, 3(3):167

原標題:活性焦：用得起的吸附強化水處理技術