生物活性炭在市政供水中的应用研究

【摘要】BAC技术在水处理方面效果显著。本文介绍了生物活性炭技术的基本原理与特点，简述了生物活性炭技术在水处理中的研究与应用，以供参考

【关键词】生物活性炭 水处理 作用机理 应用

中图分类号：TQ424.1 文献标识码：A 文章编号：

一．前言

随着我国经济的不断发展，人们生活质量的不断提高，市政饮用水的卫生和安全也受到越来越广泛的关注，本文介绍了生物活性炭技术的基本原理及特点，对生物活性炭技术在供水中的应用进行了分析和探讨，希望对生物活性炭技术供水处理有所帮助。

二．活性炭

活性炭属无定型炭, 由许多呈石墨型的层状结构的微晶不规则地集合而成。其内部结构使活性炭在水处理中不仅具有吸附能力,还能起到催化作用。活性炭内部有无数微细孔隙纵横相通, 特别是微孔居多, 使活性炭具有巨大的比表面积。这些物理特性也是活性炭具有强大吸附能力的原因之一。

活性炭可以用木头、 煤、 椰壳、 锯末等各种含碳的物质经一系列工艺过程制得。由不同原料制得的活性炭具有不同的硬度、粒径大小和比表面积。所以, 不同型号活性炭有各自的应用领域。如由烟煤制成的活性炭具有从微孔到大孔的各种孔径, 因此,对高分子有机物有较好的吸附能力;而用椰壳制成的活性炭比表面积很大, 但大孔少, 所以比较适用于低分子有机物的吸附。活性炭吸附能力的大小不仅与本身性质有关, 还与被吸附物质的分子结构、溶解性和离子化程度等有关。

三．生物活性炭法基本原理

BAC法是以粒状活性炭为载体，通过富集或人工固定化微生物，在活性炭表面形成生物膜。由于活性炭具有极强的吸附性能，使其能够迅速地吸附水中的溶解性有机物，为微生物提供了充足的养分。在有丰富的溶解氧的情况下，微生物以有机物为养料生存和繁殖。生物活性炭法就是结合活性炭吸附与生物降解两种作用去除污染物的水处理方法，去除途径取决于污染物的可吸附性与可生化降解性。

1活性炭的吸附作用

活性炭的吸附作用是通过活性炭固体表面具有多孔性的特点，吸附去除污水或废水中的有机物及有毒物质，使之达到净化的目的。研究表明，活性炭对分子量为500～1000范围内的有机物具有较强的吸附能力。活性炭对有机物的吸附 受其孔径分布和有机物分子大小的影响。同样大小的有机物，溶解度越大、亲水性越强，活性炭对它的吸附性越差，反之，对溶解度小，亲水性差、极性弱的有机物，具有较强的吸附能力。

2.微生物的生物降解作用

BAC借助微生物群体的新陈代谢活动发挥作用，微生物通过对污染物的氧化分解过程获取营养和能量，同时，水中污染物也因此改变了其化学结构，从而改变了化学和物理性能，最终达到去除水中污染物及活性炭获得再生的目的。

四．生物活性炭法特点

1.先吸附后降解的独特作用机理。该机理使污染物的停留时间与水的停留时间异值，在同等停留时间条件下，污染物停留时间相对较长，因此处理效果比较好。

2.微生物活动对活性炭起到再生作用。微生物对污染物的降解，降低了活性炭的吸附负荷，延长了活性炭的使用周期，减少活性炭再生频率，提高污染物的处理效果，降低处理成本。

3.运行稳定，去除污染物效率高。由于生物活性炭将活性炭的吸附作用和微生物的分解氧化作用协同起来，可去除活性炭和微生物单独使用时不能去除的污染物。活性炭对溶解氧的吸附，使得活性炭表面具有催化作用，促进有机物生物降解，而活性炭对水中有毒物质的吸附也可减轻水中有害物质对微生物的影响，从而充分发挥微生物的生物降解作用。

4.工艺设备简单，占地面积小，且运行管理方便，易于实现自动控制，节省人力。

五.BAC技术在市政供水处理中的应用

随着水污染的日趋严重，不少地区的饮用水中出现了有害物质超标现象，安全、优质的供水水质要求日趋强烈。研究表明，天然有机物（NOM）是饮用水源中有机碳的主要来源，饮用水源中的NOM能引起嗅、味、消毒副产物如三卤甲烷、卤乙酸的形成。NOM主要是由腐殖质、亲水性酸、烃类、苯甲酸、羧酸、氨基酸、糖类等组成。其中，腐殖质约占50%，而在高色度水中达50%～90%，由于腐殖质的影响，在处理过程中，对色度及三卤甲烷化合物的去除很难达到理想效果，腐殖质的存在对余氯的稳定性及给水管网中微生物增长等方面造成隐患。因此，对它的清除尤为重要。BAC技术由于综合了物理吸附和生物降解两种作用，因此，可以有效去除水中的有机物。

近年来，由于对饮用水的色度、金属含量等的限制越来越严格，使人们愈发对臭氧与生物活性炭相结合的工艺产生了兴趣。处理微污染水源水时，在BAC前投加臭氧可使水中难生物降解大分子转化为可生物降解小分子，加速有机物氧化分解，减轻活性炭的有机负荷，而且，臭氧可以杀菌消毒，并能够很好地去除三卤甲烷前质，降低氯消毒副产物，减少氯用量。

Ribas等研究发现臭氧氧化引起BDOC增加53.8%～63.6%，因为部分不可降解的有机物被臭氧氧化成易降解有机物，使一些天然有机物氧化成小分子的有机物，而小分子有机物易被生物作为营养吸收，使DOC去除率达29.9%～53.6%，BDOC去除率达52%～70.7%。

Hu等认为臭氧使AOC值升高了2.19倍，而且以AOCP17升高为主，臭氧化使羰基化合物显著增加，结合活性炭处理，可显著去除羰基化合物，O3-BAC工艺对AOC的去除率为80%以上。

李伟光等对TOC浓度为0.82～2.36mg/L的原水预氧化后，采用人工挂膜形成的生物强化活性炭对其进行处理， 发现在活性炭柱空床接触时间25min时，对卤乙酸前体物质的去除率达62.3%。

目前， 欧洲应用BAC技术的水厂已经发展到70个以上，我国上海的杨树浦水厂和南市水厂也于2002年10月开始采用BAC技术处理原水，出厂水质各项指标均达到国际先进水平。国内外不少学者还研究了BAC法与其他技术相结合处理微污染原水的方法，随着生物检测技术和化学分析技术的进步，更多有毒有害的化学物质和致病微生物将会被发现，保障饮用水的安全性仍将是生物活性炭技术今后研究的一个重大课题.

六. BAC技术在处理生活污水中应用

BAC技术应用于生活污水的处理也取得了良好的效果，Alexander等的研究结果表明，微生物活动对活性炭起到了生物再生作用，其比例达到20%～24%，活性炭的存在也减轻了水中有害物质对微生物的影响。因此，BAC法对于生活污水中的非离子合成表面活性剂的去除非常有效。德国的Schroder等采用了新的总和参数分析及质量光谱分析来监测污染物的去除率，证明了用O3-BAC法处理城市生活污水，对其中烷基苯灰化合物及其降解产物等极性化合物的去除效果更好。在实际应用中，用BAC法处理生活污水，在高负荷时能够表现出稳定的处理效果。

1998年以来，宝钢公司针对厂区生活污水的水质、水量，以及污水排放点分散等特点，集中处理有较多困难的情况下，采用SBR—生物活性炭工艺，分别在各厂区陆续建成10多套综合污水处理及再生装置处理厂区的生活污水工艺（见图一）。自投入使用以来，运行稳定可靠，处理后出水达到中水水质标准，可作为厂区的绿地用水及工业冷却水的补充水，基本实现了“增产不产污，一水多用，节约新水”的目的。

图一

七．生物活性炭法局限性和发展前景

1. 生物活性炭一般运行1年以上需要更换，如果处理不当会造成二次污染。

2. 生物活性炭的运行效果受各种条件, 如水温、pH 值、菌种的影响, 效果不稳定，特别是在挂膜的期间，由于生物膜没有形成，处理效果欠佳，寻求活性炭的适宜生长条件，优势菌种的筛选，成为此工艺的重点。

3. 生物活性炭上附着的微生物在代谢过程产生的降解物，未完全分解的有机物以及微生物本身进入水体中，这部分物质对人体是否会产生某些危害,需要进一步的研究。

八．结束语

随着饮用水源污染的日益加剧、应用水质标准的提高，各国对活性炭应用方法的研究更为重视和深入，BAC技术的新工艺、新方法在水资源保护中的实际应用水平不断提高。可以预见，BAC技术作为一种优水质、低耗能、无污染的绿色处理技术，必将获得更广泛的发展和应用。

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