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(shí)，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(shí)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(shí),，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(diǎn),，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(dòng),，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(shí)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(shí),，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(fèi)城建立了第一個(gè)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(jì)院在北京田村山水廠進(jìn)行了活性炭吸附試驗(yàn),，實(shí)驗(yàn)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(shí)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(gè)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(xiàng)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(shí)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(huì)抑制床中微生物的生長,，與預(yù)氯化時(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，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(shí)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí),，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(jí)活性炭法［12］,，對可同化有 機(jī)碳(AOC)的處理效果更好(出水AOC＜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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，在系統(tǒng)運(yùn)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(shí),，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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