生物活性炭

生物活性炭工藝是始於20世紀70年代的去除水中有機污染物的一種新工藝。該技術實質是利用活性炭具有巨大比表面積、發達孔隙結構以及優良的吸附性能等特點，以活性炭作為載體構建生物膜，從而形成生物活性炭以對污染物質進行降解。生物活性碳技術在國內外水處理領域得到了廣泛應用，並取得了較好成果。這一技術在國內的研究多為微污染原水中有機物的充分去除、印染廢水與石油化工廢水等有毒或難降解有機廢水的深度處理。

以生物活性炭為基礎所形成的處理污水的技術方法叫做生物活性炭法，生物活性碳法是利用活性炭為載體，使炭在處理廢水過程中炭表面上生成生物膜，產生活性炭吸附和微生物氧化分解有機物的協同作用的廢水生物處理過程。此法提高了對廢水中有機物的去除率，增加了對毒物和負荷變化的穩定性，改善了污泥脫水及消化的性能，延長了活性炭的使用壽命，是一種以生物處理為主，同時具有物化處理特點的一項生物處理新技術。一般常用的有粉末炭活性污泥法、固定床催化氧化、流化床吸附、膨脹床吸附氧化等不同工藝流程。實驗結果表明：這種方法可用於不同的工業廢水（化工、印染、合成纖維等）和生活污水處理，效果良好。

生物活性炭法的操作方式分為靜態和動態兩種。靜態操作（或序批操作）是指將粉末活性炭投入水中不斷攪拌，靠活性炭的吸附性能和活性炭表面形成的生物膜降解有機物質，當生物活性炭達到吸附平衡時，再用沉澱或過濾的方法使炭水分離。動態操作（或連續操作）指廢水在連續流方式下進行吸附操作，一般使用粒狀炭，有固定床、流化床和移動床三種方式。目前固定床的應用最多，流化床次之，移動床應用還較少。

由於生物活性炭技術突出的優越性，這一新工藝已經在國外實際應用於受污染水源凈化、工業廢水處理及再生等方面，在我國有關的研究和應用還比較少，由於生物活性碳技術的影響因素較多、反應過程複雜，到目前為止，對其作用機理的解釋存在多種假說，尚不統一，工程運行條件也還不夠成熟，但在實際應用中它顯示出的優越性是眾所公認的。因此很有必要進一步研究經濟合理、技術適用又具有一定創新性的生物活性炭對廢水的處理技術，以提高污水廢水的處理水平，改善廢水再生利用率較低的狀況。

1、生物活性炭去除濁度

① 濾層深度的影響，各取樣口的濁度去除率見表6。

下表各取樣口的濁度去除率%

從表可看出：去除的大部分濁度發生在生物活性炭濾柱上部。由於濾柱上部附著和懸浮著大量微生物，生物絮凝和生物降解對濁度的去除起了重要作用。砂濾層有精濾作用，通過顆粒的粘附作用使濁度進一步降低。

此外，從各取樣口濁度去除率的最大值和最小值來看，其去除率並不穩定，這是因為在過濾後期，遊離在水中的菌膠團增多，容易在取樣時隨水流溢出，從而也影響了出水中濁度的準確測定。

在過濾後期，生物活性炭柱上部對濁度的去除率下降，而在反衝洗前後，整個生物活性炭—砂濾柱對濁度的去除率無太大的變化。這表明在過濾後期，上層濾料的截污量逐漸達到飽和，對濁度的去除率降低，下層濾料充分發揮作用，彌補了上層濾料對濁度去除量的不足，從而使濾柱對濁度的去除在反衝洗前後基本無差別。

② 進水濁度的影響，在進水濁度較低時，出水濁度幾乎保持不變，且3NTU時，出水濁度波動較大，有時>1NTU。

2、生物活性炭對消毒副產物的去除情況

試驗以CHCl3和CCl4作為主要消毒副產物，通過比較濾前水和濾后水加氯消毒后水中CHCl3和CCl4的含量，確定生物活性炭對消毒副產物的去除率。在生物活性炭階段，對CHCl3和CCl4的去除情況做過一次檢測(1999年10月24日)，其結果如表7，濾后水為加氯后的檢測結果。

表7 加氯消毒后水中CHCl3和CCl4的檢測結果

由表7可看出，生物活性炭—砂過濾工藝能夠去除部分消毒副產物，表明此工藝對於減少或抑制消毒副產物的產生是有效的。

① 生物活性炭—砂濾柱對有機物和氨氮的去除效果是顯著的：CODCr和UV254的平均去除率分別為40.4%和48.9%；當進水氨氮濃度在2 mg/L以下時，平均去除率是82.5%；濁度平均去除率約82.4%，平均出水濁度為0.51NTU。

② 生物活性炭—砂過濾技術在改善水質、保證飲用水的安全方面，有望成為一種高效低耗的水質凈化新工藝。

跟著工業的開展，飲用水源的污染日益加劇，飲用水的 清潔和安全也遭到越來越廣泛的注重，水中所含污染物的種 類和數量不斷增多，污染成分也越來越雜亂。選用慣例的水 處置辦法已不能滿足要求，有必要進行深度處置，一些效果單 一的資料和辦法已不適用。所以，來歷廣泛且簡單再生，能 重複使用的活性炭倍受注重，其興旺的細孔布局和特異的表 面特性使它不只具有極強的吸附功能、氧化復原功能、電性 能，並且還可以與其它資料聯合使用，作為催化劑及催化劑 和生物的載體，所有這些布局特性使活性炭在水處置技能中 得以廣泛使用。

跟著顆粒活性炭（Granular Activated Carbon，GAC）廢水 處置技能的開展，大家發現GAC外表極易於微生物的繁衍，並且，具有微生物繁衍的活性炭使用壽命比無微生物的 GAC要長。1978年，美國專家米勒（G.A.Miller）和瑞士R.W. Rice初次選用了“生物活性炭”（Biological Activated Carbon， BAC）這一術語。其實，從20世紀60年代開端，歐洲一些國 家就用到BAC技能來深度處置水，並獲得傑出的效果。我國 也於70年代開端對BAC進行研討，而在廢水處置方面， BAC技能才剛剛起步，但是，該技能的優越性在實踐使用當 中為眾所公認的。

1 BAC效果機理：

生物活性炭（BAC）技能以粒狀活性炭為載體，通過富集或人工固定化微生物，在活性炭外表構成生物膜，使用活性炭的吸附效果和生物膜的生物降解效果來去掉污染物。一起，生物膜通過生物降解活性炭吸附的有些污染物而再生計性炭，然後大大延伸活性炭的效果周期。

（1）活性炭的吸附效果：

活性炭的吸附效果是通過活性炭固體外表具有多孔性 的特色，吸附去掉污水或廢水中的有機物及有毒物質，使之 到達凈化的意圖。研討標明，活性炭對分子量500～1000規模 內的有機物具有較強的吸附才能。活性炭對有機物的吸附 受其孔徑散布和有機物的極性及分子巨細的影響。相同巨細 的有機物，溶解度越大、親水性越強，活性炭對它的吸附性越差，反之，對溶解度小，親水性差、極性弱的有機物如苯類化 合物、酚類化合物等具有較強的吸附才能。

（2）微生物的生物降解效果：

BAC憑藉微生物集體的推陳出新活動，微生物通過對 污染物的氧化分化進程獲取養分和能量，一起水中污染物也 因而改變了其化學布局，然後改變了化學和物理功能，結尾 到達去掉水中污染物及活性炭獲得再生的意圖。

總歸，BAC通過活性炭與微生物的協同效果，進步了微 生物對水中污染物的降解才能，活性炭粒的外表成為微生物 的傑出培養基，並對微生物進行吸附。並且，其外表粗糙凹處 還具有遮擋水流剪斷力的效果。一起，好氧微生物可以進步活性炭的吸附容量，延伸其使用壽命。

2 BAC在水處置中的使用：

20世紀20年代末、30年代初，國外開端用粉末活性炭 去掉水中的臭味，並於1930年在美國費城樹立了第一個用 活性炭吸附池除臭的水廠。50年代后，歐美國家開端很多使 用活性炭處置城市飲用水和工業廢水。我國對BAC的研討 也已有30多年的前史。20世紀60年代末開端使用活性炭去掉受污染水源的臭味。80年代初，北京市政工程設計院在北京田村山水廠進行了活性炭吸附試驗，試驗標明，活性炭吸附去掉微污染水源水中的有機物、有毒物質是有用的。近些年來，我國對活性炭的研討和使用越來越注重，同濟大學、哈爾濱修建大學都對活性炭做出了較為深化的研討，並已獲得實用性的效果。

2.1 BAC在微污染水源處置中的使用：

當前，國外使用BAC技能最廣泛的是對水進行深度處 理，它可以有用地去掉水中的有機物。歐洲使用BAC技能的 水廠已開展到70個以上。我國上海的楊樹浦水廠和南市水 廠於2002年10月開端也選用BAC技能處置原水，出廠水 質各項目標均到達國際先進水平。

因為對飲用水的色度、金屬含量（Fe、Al、Mn等）及三鹵甲烷化合物（THM）的約束越來越嚴厲，使大家益發對 臭氧與生物過濾相聯繫的工藝發生了愛好。

臭氧—生物活性炭技能以預臭氧化替代預氯化，可以使 水中一些本來不易生物降解的有機物變成可生物降解的有 機物，臭氧化的一起還可進步水中溶解氧的含量。此外，水中溶解臭氧的濃度很低，自分化速度又快，活性炭對溶解臭氧有催化分化效果，因而不會按捺床中微生物的成長，與預氯化時的狀況徹底不一樣。

國內外不少專家還研討使用BAC技能與臭氧相聯繫處 理污染原水的辦法，均標明對微染原水的處置十分有用。呂 炳南等的研討成果標明，BAC技能大大削減出水 的有機物品種。日本Kanamachi水質凈化廠1984年開端使 用粉末活性炭處置水中的發生的霉臭的物質2-甲基異龍腦（MIB），獲得了傑出的效果。W.Nishijima等研討了臭氧預 氧化後生物可降解溶解有機碳（BDOC）在BAC上的吸贊同 解吸特性，以及BDOC在BAC上被非生物可降解溶解有機 碳（non.BDOC）置換，試驗成果標明，臭氧預氧化后發生的 BDOC的吸附功能略低於生物降解后剩餘的non.BDOC。因 此，BAC之前的臭氧預氧化可以延伸活性炭的使用壽命，下降BAC段的有機負荷。

2.2 BAC在工業廢水處置中的使用：

國外一些大學研發的生物活性炭拌和池反應器，在處置 印染廢水上獲得了很好的效果，該研討對BAC、生物砂床、單純活性炭吸附及單純生物降解進行了平行試驗，並對不一樣 類型染料廢水的處置效果進行了剖析。由表2可見BAC系 統的染料去掉速率比單純生物降解及單純活性炭吸附兩過 程染料去掉速率的和要高。

F.Nishimura等選用BAC—BZ（生物沸石）組合工藝處 理一起富含按捺硝化效果的有機物和高濃度氨氮的污泥干 化廢水。試驗成果顯現，按捺性有機物濃度通過BAC反應器 后大幅度下降，氨氮濃度在通過BZ反應器后大大下降，污 染物的下降均為介質吸附進程和生物降解進程一起效果的 成果。

荷蘭專家使用活性炭生物膜（BACF）法與反滲透法組合來處置含殺蟲劑的污染水，對殺蟲劑的去掉率高達99.5%，且臭氧-BACF的效果顯著減輕了反滲透膜的污染問題，處置效果優秀且安穩。

2.3 BAC在生計污水處置中的使用：

BAC技能在生計污水處置中也獲得了很好的效果，尤 其因為BAC法聯繫了生物降解和吸附2個進程，關於去掉 非離子合成外表活性劑（NISS）十分有用。

德國的Schroder等專家在進行城市生計污水處置的研 究時，選用了新的總和參數剖析及質量光譜剖析來檢測污染 物的去掉率，證明了用臭氧-生物活性炭法處置城市生計污 水，對其間烷基苯灰化合物及其降解產品等極性化合物的去 除率更好，這類化合物對水體中生物群落的內分泌體系有很 強的毒害效果。

在芬蘭，大家研討了臭氧-雙級活性炭法，對可同化有 機碳(AOC)的處置效果更好(出水AOC<10μg/L)，因為經 BAC工藝處置，水質優秀。

A.S.Sirotkin等選用BAC工藝處置含非離子外表活 性劑的廢水，試驗成果標明，在體系運轉初始期間，活性炭的 物理吸附發揚首要效果，跟著吸附逐步到達飽滿以及微生物 活性的逐步增強，生物降解效果也逐步增強，結尾二者協同 效果，這種協同效果表現為微生物對活性炭吸附才能的再 生，再生度為20%～24%。

3 結語:

BAC技能處置微污染水源、工業廢水、生計污水，具有 許多的優勢，在將來的開展中將發揚著越來越重要的效果。為進一步進步處置水的出水水質，添加去掉有機污染物的效 率，在今後BAC技能的開展中應當加強對BAC技能與臭 氧、膜技能，超濾技能等其他水處置工藝的聯繫工藝的研討 和開發。一起，活性炭作為微生物群落集結地和降解污染物 的場所，對微生物的吸贊同樹立群落層次有著重要的效果，因而活性炭材質對BAC的構成及降解才能強弱有無影響值 得咱們注重。