生物活性炭技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究

摘要：bac技術(shù)結(jié)合并優(yōu)化了活性炭吸附和生物降解兩種作用，在水處理方面凈水效果顯著。介紹了生物活性炭技術(shù)處理污水的作用機(jī)理，簡述了近年來國內(nèi)外生物活性炭技術(shù)在水處理中的研究與應(yīng)用，提出了生物活性炭技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：生物活性炭 水處理 作用機(jī)理 應(yīng)用

隨著工業(yè)的發(fā)展，飲用水源的污染日益加劇，飲用水的 衛(wèi)生和安全也受到越來越廣泛的關(guān)注，水中所含污染物的種 類和數(shù)量不斷增多，污染成分也越來越復(fù)雜。采用常規(guī)的水 處理方法已不能滿足要求，必須進(jìn)行深度處理，一些作用單 一的材料和方法已不適用［1］。所以，來源廣泛且容易再生，能 反復(fù)利用的活性炭倍受關(guān)注，其發(fā)達(dá)的細(xì)孔結(jié)構(gòu)和特異的表 面特性使它不僅具有極強(qiáng)的吸附性能、氧化還原性能、電性 能，而且還可以與其它材料聯(lián)合應(yīng)用，作為催化劑及催化劑 和生物的載體，所有這些結(jié)構(gòu)特性使活性炭在水處理技術(shù)中 得以廣泛應(yīng)用［2］。

隨著顆粒活性炭（granular activated carbon，gac）廢水 處理技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)gac表面極易于微生物的繁殖， 而且，具有微生物繁殖的活性炭使用壽命比無微生物的 gac要長。1978年，美國學(xué)者米勒（g.a.miller）和瑞士r.w. rice首次采用了“生物活性炭”（biological activated carbon， bac）這一術(shù)語。其實，從20世紀(jì)60年代開始，歐洲一些國 家就用到bac技術(shù)來深度處理水，并取得良好的效果。我國 也于70年代開始對bac進(jìn)行研究，而在廢水處理方面， bac技術(shù)才剛剛起步，然而，該技術(shù)的優(yōu)越性在實際應(yīng)用當(dāng) 中為眾所公認(rèn)的［3］。

1 bac作用機(jī)理

生物活性炭（bac）技術(shù)以粒狀活性炭為載體，通過富集或人工固定化微生物，在活性炭表面形成生物膜，利用活性炭的吸附作用和生物膜的生物降解作用來去除污染物。同時，生物膜通過生物降解活性炭吸附的部分污染物而再生活性炭，從而大大延長活性炭的作用周期。

（1）活性炭的吸附作用

活性炭的吸附作用是通過活性炭固體表面具有多孔性 的特點，吸附去除污水或廢水中的有機(jī)物及有毒物質(zhì)，使之 達(dá)到凈化的目的。研究表明，活性炭對分子量500～1000范圍 內(nèi)的有機(jī)物具有較強(qiáng)的吸附能力［9］。活性炭對有機(jī)物的吸附 受其孔徑分布和有機(jī)物的極性及分子大小的影響。同樣大小 的有機(jī)物，溶解度越大、親水性越強(qiáng)，活性炭對它的吸附性越差，反之，對溶解度小，親水性差、極性弱的有機(jī)物如苯類化 合物、酚類化合物等具有較強(qiáng)的吸附能力。

（2）微生物的生物降解作用

bac借助微生物群體的新陳代謝活動，微生物通過對 污染物的氧化分解過程獲取營養(yǎng)和能量，同時水中污染物也 因此改變了其化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而改變了化學(xué)和物理性能，最終 達(dá)到去除水中污染物及活性炭獲得再生的目的。

總之，bac通過活性炭與微生物的協(xié)同作用，提高了微 生物對水中污染物的降解能力，活性炭粒的表面成為微生物 的良好培養(yǎng)基，并對微生物進(jìn)行吸附。而且，其表面粗糙凹處 還具有遮擋水流剪斷力的作用。同時，好氧微生物可以提高活性炭的吸附容量，延長其使用壽命〔4〕。

2 bac在水處理中的應(yīng)用

20世紀(jì)20年代末、30年代初，國外開始用粉末活性炭 去除水中的臭味，并于1930年在美國費城建立了第一個用 活性炭吸附池除臭的水廠。50年代后，歐美國家開始大量使 用活性炭處理城市飲用水和工業(yè)廢水。我國對bac的研究 也已有30多年的歷史。20世紀(jì)60年代末開始利用活性炭去除受污染水源的臭味。80年代初，北京市政工程設(shè)計院在北京田村山水廠進(jìn)行了活性炭吸附試驗，實驗表明［5］，活性炭吸附去除微污染水源水中的有機(jī)物、有毒物質(zhì)是有效的。 近些年來，我國對活性炭的研究和應(yīng)用越來越重視，同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱建筑大學(xué)都對活性炭做出了較為深入的研究，并已取得實用性的成果。

2.1 bac在微污染水源處理中的應(yīng)用

目前，國外應(yīng)用bac技術(shù)最廣泛的是對水進(jìn)行深度處 理，它能夠有效地去除水中的有機(jī)物。歐洲應(yīng)用bac技術(shù)的 水廠已發(fā)展到70個以上。我國上海的楊樹浦水廠和南市水 廠于2002年10月開始也采用bac技術(shù)處理原水，出廠水 質(zhì)各項指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平。

近年來，由于對飲用水的色度、金屬含量（fe、al、mn等） 及三鹵甲烷化合物（thm）的限制越來越嚴(yán)格，使人們愈發(fā)對 臭氧與生物過濾相結(jié)合的工藝產(chǎn)生了興趣。

臭氧—生物活性炭技術(shù)以預(yù)臭氧化代替預(yù)氯化，可以使 水中一些原來不易生物降解的有機(jī)物變成可生物降解的有 機(jī)物，臭氧化的同時還可提高水中溶解氧的含量。此外，水中溶解臭氧的濃度很低，自分解速度又快，活性炭對溶解臭氧有催化分解作用，因此不會抑制床中微生物的生長，與預(yù)氯化時的情況完全不同。

國內(nèi)外不少學(xué)者還研究應(yīng)用bac技術(shù)與臭氧相結(jié)合處 理污染原水的方法，均表明對微染原水的處理非常有效。呂 炳南等［6］的研究結(jié)果（見表1）表明，bac技術(shù)大大減少出水 的有機(jī)物種類。日本kanamachi水質(zhì)凈化廠［7］1984年開始使 用粉末活性炭處理水中的產(chǎn)生的霉臭的物質(zhì)2-甲基異冰片 （mib），取得了良好的效果。w.nishijima等［8］研究了臭氧預(yù) 氧化后生物可降解溶解有機(jī)碳（bdoc）在bac上的吸附和 解吸特性，以及bdoc在bac上被非生物可降解溶解有機(jī) 碳（non.bdoc）置換，實驗結(jié)果表明，臭氧預(yù)氧化后產(chǎn)生的 bdoc的吸附性能略低于生物降解后殘余的non.bdoc。因 此，bac之前的臭氧預(yù)氧化能夠延長活性炭的使用壽命，降低bac段的有機(jī)負(fù)荷。

2.2 bac在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

國外一些大學(xué)研制的生物活性炭攪拌池反應(yīng)器，在處理 印染廢水上取得了很好的效果，該研究對bac、生物砂床、 單純活性炭吸附及單純生物降解進(jìn)行了平行實驗，并對不同 類型染料廢水的處理效果進(jìn)行了分析。由表2可見bac系 統(tǒng)的染料去除速率比單純生物降解及單純活性炭吸附兩過 程染料去除速率的和要高。

f.nishimura等［9］采用bac—bz（生物沸石）組合工藝處 理同時含有抑制硝化作用的有機(jī)物和高濃度氨氮的污泥干 化廢水。實驗結(jié)果顯示，抑制性有機(jī)物濃度經(jīng)過bac反應(yīng)器 后大幅度降低，氨氮濃度在經(jīng)過bz反應(yīng)器后大大降低，污 染物的降低均為介質(zhì)吸附過程和生物降解過程共同作用的 結(jié)果。

荷蘭學(xué)者利用活性炭生物膜（bacf）法與反滲透法組合來處理含殺蟲劑的污染水，對殺蟲劑的去除率高達(dá)99.5%，且臭氧-bacf的作用明顯減輕了反滲透膜的污染問題，處理效果優(yōu)良且穩(wěn)定［10］。

2.3 bac在生活污水處理中的應(yīng)用

bac技術(shù)在生活污水處理中也取得了很好的效果，尤 其由于bac法結(jié)合了生物降解和吸附2個過程，對于去除 非離子合成表面活性劑（niss）非常有效。

德國的schroder等學(xué)者在進(jìn)行城市生活污水處理的研 究時，采用了新的總和參數(shù)分析及質(zhì)量光譜分析來檢測污染 物的去除率，證明了用臭氧-生物活性炭法處理城市生活污 水，對其中烷基苯灰化合物及其降解產(chǎn)物等極性化合物的去 除率更好，這類化合物對水體中生物群落的內(nèi)分泌系統(tǒng)有很 強(qiáng)的毒害作用［11］。

在芬蘭，人們研究了臭氧-雙級活性炭法［12］，對可同化有 機(jī)碳(aoc)的處理效果更好(出水a(chǎn)oc＜10μg/l)，由于經(jīng) bac工藝處理，水質(zhì)優(yōu)良。

a.s.sirotkin等［13］采用bac工藝處理含非離子表面活 性劑的廢水，實驗結(jié)果表明，在系統(tǒng)運行初始階段，活性炭的 物理吸附發(fā)揮主要作用，隨著吸附逐漸達(dá)到飽和以及微生物 活性的逐漸增強(qiáng)，生物降解作用也逐漸增強(qiáng)，最終二者協(xié)同 作用，這種協(xié)同作用表現(xiàn)為微生物對活性炭吸附能力的再 生，再生度為20%～24%。

3 結(jié)語

bac技術(shù)處理微污染水源、工業(yè)廢水、生活污水，具有 諸多的優(yōu)勢，在未來的發(fā)展中將發(fā)揮著越來越重要的作用。 為進(jìn)一步提高處理水的出水水質(zhì)，增加去除有機(jī)污染物的效 率，在以后bac技術(shù)的發(fā)展中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對bac技術(shù)與臭 氧、膜技術(shù)，超濾技術(shù)等其他水處理工藝的結(jié)合工藝的研究 和開發(fā)。同時，活性炭作為微生物群落集結(jié)地和降解污染物 的場所，對微生物的吸附和建立群落層次有著重要的作用， 因此活性炭材質(zhì)對bac的形成及降解能力強(qiáng)弱有無影響值 得我們關(guān)注。

參考文獻(xiàn)
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