活性炭吸附技術對灰水的分離

　　灰水的定義是所有與家庭用水有關的活動(不包括廁所產生的水)產生的廢水，占城市地區廢水的50–70%。由于有機物和生物污染物水平較低，灰水是可以用于回收，再循環和再利用的，不過只能是非飲用水用途，包括沖廁，景觀灌溉，和地下水含水層補給。在再利用之前，必須對灰水進行靈活的下游利用，并對其進行充分處理，而不會造成潛在的環境風險。在這里，我們研究了微生物電化學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，并在獨立過程評估活性炭生物濾池的性能，了解液體再循環對活性炭生物濾池性能的影響。

　　活性炭反應器的設置

　　我們對微生物電化學電池的兩步集成過程進行研究，然后進行了被動充氣的活性炭生物濾池在圖1顯示，用于灰水處理。微生物電化學電池用中水在四個不同的水力停留時間(HRT)下運行。基于電流密度，一維HRT被認為是合適的。因此，在活性炭生物濾池中對在1天HRT運行的微生物電化學電池廢水進行了后處理。作為對照條件，將活性炭生物濾池進一步與生灰水一起運行，并將結果與​​綜合處理方案(即微生物電化學電池，然后是活性炭生物濾池)進行比較。

　　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：盡管一天和四天當前密度是可比的，但是一天的微生物電化學電池廢水中的COD和SS濃度明顯高于四天。但是，從能源回收的角度看，一日熱力發電仍然很有吸引力。因此，進一步評估了一天水力停留時間的微生物電化學電池流出物是否需要用活性炭生物濾池進行后處理。活性炭生物濾池反應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。將接觸時間縮短至0.5h后，出水TCOD濃度為8mg/L時，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。對于兩種水力停留時間，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，并且在持續搖動下不會形成任何泡沫，表明組合的微生物電化學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過程相比，微生物電化學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的潛力。在相對較短的水力停留時間上達到了相當的有機物去除效率。

　　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電池之后的活性炭生物濾池顯示出了可喜的結果，但活性炭生物濾池作為獨立過程顯示出從生水中去除有機物和表面活性劑方面的顯著有效性能。接觸1小時后，原灰水的TCOD去除效率為95.5%，接觸0.5小時后，TCOD去除率略降至92.4%。接觸時間為1小時和0.5小時的TCOD濃度分別為21mg/L和35mg/L。最終SS濃度在1小時和0.5小時的接觸時間內分別為17mg/L和24mg/L。因此，這些結果表明，單獨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電池可能會提供能量/資源回收的機會，而活性炭作為獨立過程是不可能的。此外，使用原灰水運行的活性炭生物濾池出水不能滿足推薦的重復使用準則。1小時HRT的表面活性劑濃度為5.5mg/L，在0.5小時的HRT下表面活性劑的濃度進一步增加至24±3mg/L。兩種條件下的流出物在搖動時都會形成泡沫，這表明存在表面活性劑。因此，將需要進一步提高HRT以滿足推薦的出水水質以便重復使用。

　　活性炭生物濾池還可以使用原水進行操作，而無需進行廢水再循環。在0.5小時和1小時的接觸時間內，活性炭生物濾池反應器中出水的TCOD濃度分別為97mg/L和82mg/L。LAS濃度為23.6mg/L(0.5小時HRT)和20mg/L(1小時HRT)。因此，在消除液體再循環之后，流出物質量大大降低。在不進行再循環的情況下對生物濾池進行進一步測試時，觀察到當HRT增加到3–6小時，反應器的出水水質可達到再循環的水質。因此，結果表明，廢水的再循環對于減輕傳質限制，促進污染物與生物膜之間的相互作用以及活性炭對污染物的吸附至關重要。

　　活性炭吸附技術對灰水的分離發現，微生物電化學電池和活性炭生物濾池的綜合處理系統可以為TCOD和陰離子表面活性劑提供約99%的去除率，總水力停留時間為25小時。液體的再循環在活性炭生物濾池的運行中起著至關重要的作用。盡管結果表明好氧活性炭生物濾池可以為灰水提供獨立的解決方案，但能量回收的潛力及其隨后用于增值產品的利用可能會成為未來研究和優化的巨大動力。盡管如此，仍需要進一步研究來優化工藝參數，擴大規模，技術經濟性以及對集成工藝的生命周期評估。

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