关于水处理中的生物活性炭技术分析

【摘要】对日益紧缺的水资源和水资源的严重浪费，我国加大了水资源的投资力度。尤其是在水处理方面的投资力度较大。这是因为我国是一个人口大国又是一个水资源贫乏的国家，只有加大水处理力度，才能满足人们生产生活用水的需要。基于此，本文对水处理中的生物活性炭技术进行了研究。

【关键词】水处理生物活性炭技术应用

中图分类号：G633.91 文献标识码：A

随着工业的发展，饮用水源的污染日益加剧，饮用水的卫生和安全也受到越来越广泛的关注，水中所含污染物的种类和数量不断增多，污染成分也越来越复杂。采用常规的水处理方法已不能满足要求，必须进行深度处理，一些作用单一的材料和方法已不适用。所以，来源广泛且容易再生，能反复利用的活性炭倍受关注，其发达的细孔结构和特异的表面特性使它不仅具有极强的吸附性能、氧化还原性能、电性能，而且还可以与其它材料联合应用，作为催化剂及催化剂和生物的载体．所有这些结构特性使活性炭在水处理技术中得以广泛应用。

一、生物活性炭的净水原理

1、工程菌的再生作用

吸附饱和的活性炭经过驯化培养的菌种处理后，可恢复吸附能力。生物的再生作用是由于工程菌的降解作用可使活性炭表面和水中的有机物浓度降低，破坏了原有的固液平衡关系，产生了逆浓度梯度脱附，从而使活性炭得以再生。再生处理只要求恢复活性炭的吸附能力，但不一定能形成生物活性炭。

2、生物活性炭的协同净化作用

由于大多数细菌的大小均为微米量级，故工程菌主要集中于炭颗粒的外表及邻近的大孔中，而不能进入微孔中。工程菌能直接将活性炭表面及大孔中吸附的有机物降解掉，从而使活性炭表面的有机物浓度相对降低，造成炭粒内存在一个由内向外减小的浓度梯度，有机物就会向活性炭表面扩散，可逆吸附的有机物会因此脱附下来而被微生物利用。另外，细胞分泌的胞外酶和因细胞解体而释放出的酶类（纳米级大小），能直接进入BAC过渡孔和微孔中去，与孔隙内吸附的有机物产生作用，使其从原吸附位上解脱下来，并被BAC表面上的工程菌所分解，从而构成了吸附和降解的协同作用，即BAC具有的双重功能。这样就能保证BAC在生物降解和活性炭物理吸附的双重作用下长期稳定地运行，已有实验结果也证明了这一点。Mark等对吸附用和生物载体用的活性炭进行了研究[3]，结果表明BAC运行稳定，有机物的去除率主要是靠生物降解的作用。

生物活性炭的形成

BAC的形成有两种方式：工程菌人工固定化与自然形成。人工固定化BAC是人为投加已经过筛选、驯化的工程菌，具有很高的生物活性；自然形成的BAC无选择性，生物相复杂，所以在短时间内难以适应环境，生物降解作用较小。在协同净化作用上两者也有很大差异：

1、生物降解与活性炭吸附协同作用的起始时间不同

人工固定化BAC对有机物的降解自始至终是物理吸附和生物降解协同作用的结果，即处于稳定期；而自然形成BAC需要经过驯化阶段、增长阶段才能达到稳定。

2、物理吸附作用的时间不同

人工固定化BAC一开始就存在工程菌，在物理吸附的同时又有生物降解作用，工程菌的存在也不影响物理吸附作用，所以有机物在 被吸附的同时就被降解掉，这样就大大延长了活性炭的吸附饱和期，即延长了活性炭的使用寿命。

水处理中生物活性炭技术的应用分析

1、饮用水源处理

以生物活性炭为中心的深度处理技术是提高饮用水水质的最主要技术之一，在降低出水中溶解性有机物浓度、提高后续消毒功能、去除原水中的微量持久性有机物、改善感官指标等方面发挥了重要的作用。生物活性炭能够迅速地吸附水中的溶解性有机物，同时能够富集水中的微生物，生物活性炭表面吸附的大量有机物也为微生物提供了充足的养分。

2、生活污水处理

BAC技术在生活污水处理中也取得了很好的效果，尤其由于BAC法结合了生物降解和吸附两个过程，对于去除非离子合成表面活性剂(NISS)非常有效。Alexander等人对此进行了深入研究，证明了BAC技术对生物降解和活性炭吸附两个过程的优化主要体现为：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废水中有害物质对微生物的影响。在实际应用中，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。

3、工业废水处理

(1)印染废水

对于染整类生产企业所排放的生产废水，由于废水中含有一定量的染料、助剂及其他化学类物质，具有废水色度高、COD含量高、难于生化处理等特点，采用“酸化预处理+生化处理+絮凝过滤+生物活性炭”的综合处理流程，染整类废水经过处理后基本可以达到生产回用水水质标准的要求。国内已有多家生产企业采用此种工艺，运行结果表明，生物活性炭用于生化后续处理，可以保证出水色度、异味及有机耗氧物的稳定达标，表现出了良好的应用前景。BAC技术与其他工艺相结合也可以处理难度较高的工业废水。

（2）制药废水

制药废水由于含有有机物种类多、浓度高、色度深、固体悬浮物浓度高、组分复杂，且含有难降解物质和抑制细菌生长的抗生素而成为废水处理中的难题。胡妙生采用厌氧生物活性炭流化床来处理制药厂生产氯苯胍和络硝眯唑两个车间的排放液，试验发现，与其他工艺相比，该工艺停留时间短，耐冲击负荷大，在高进水负荷下出水稳定，COD去除率达80％以上。比利时Gent大学研究的生物活性炭氧化过滤器系统(BACOF)，在处理制药废水上取得了良好效果。经处理后的制药厂出水中，COD去除率在70％以上，处理后出水的COD低于25mg／L。废水中对硝化菌有害的微污染物被去除，使得难生物降解的含氮化合物被硝化。制药厂废水经生化处理后的出水对鱼类有较强的毒害作用，而再经BACOF系统处理后的出水，在检测范围内对鱼类既无急性的亦无慢性的毒害作用。

（3）含油废水

李伟光等采用人工固定生物活性炭处理含油废水，油去除效率达80％～95％，COD平均去除率达53％，出水油质量浓度小于5 IIl=玑，试验结果表明，该工艺对污染物的去除效果明显高于颗粒活性炭和传统的二级气浮工艺。李安捷等用果壳颗粒活性炭为载体的内循环流化床反应器工艺，在好氧条件下净化采油废水。结果表明，果壳粒状活性炭投加质量分数为15％时处理效果较好，最优化水力停留时间为5 h。借助有机物的表征参数COD、UV抓Uv410、有机酸以及GC／MS分析方法对该工艺净化采油废水中的有机物能力进行了研究。结果表明，其对COD的去除率为25％45％，、和有机酸的平均去除率分别为85．9％、73．6％和51.5％，油去除率达100％，但很难去除长链烷烃。研究还发现．由于采油废水中含有某些高浓度的无机离子，占据了活性炭吸附活性中心，从而对活性炭吸附和降解有机物的性能产生不利影响，采油废水温度较高也是影响生物活性炭处理效果的一个因素。

总结

由于经BAC工艺处理的出水水质优良，近10年来，国外对BAC技术机理及工业应用的研究兴趣不断增加。除以上所述，BAC技术的最新应用研究还包括处理胶片废水，石化工业废水及食品废水等。随着人口增长、饮用水源污染的日益加剧和应用水质?标准的提高，对BAC系统的深入研究显得极为重要。可以预见，BAC技术作为一种优水质、低能耗、无污染的绿色处理技术，在我国必将获得更广泛的发展和应用。

参考文献

[1] 任灵芝。 超临界水氧化在环保中的应用[J]. 仪器仪表与分析监测. 2007(02)

[2] 郭建民，徐晓军，魏在山。 粉煤灰在水处理中的研究与应用[J]. 云南冶金. 2002(05)

[3] 顾新，范敏。 超高分子聚合物在高炉煤气洗涤水中的应用[J]. 冶金动力. 1996(01)

[4] 项成林。 钼酸盐在循环冷却水处理中的应用性试验研究[J]. 净水技术. 1998(02)

[5] 高俊敏，郑泽根，王琰，豆俊峰。 沸石在水处理中的应用[J]. 重庆建筑大学学报. 2001(01)

[6] 刘金香，娄金生，陈春宁。 生物沸石在水处理中的应用[J]. 市政技术. 2007(03)