生物活性炭技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究

1、ISSN1672-9064CN35-1272/TK商靜宇(煙臺(tái)市自來(lái)水公司山東煙臺(tái)264000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(jiǎn)述了近年來(lái)國(guó)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)用中圖分類號(hào):TU991.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-9064(200905-050-03生物活性炭技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究作者簡(jiǎn)介:商靜宇(1965,山東煙臺(tái)人,高級(jí)工程師,主要從事水處理技術(shù)研究及管理工作。隨著工業(yè)的發(fā)展,飲用水源的污染日益加劇,飲用

2、水的衛(wèi)生和安全也受到越來(lái)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(lái)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(lái)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?；钚蕴?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

3、性炭使用壽命比無(wú)微生物的家就用到BAC 技術(shù)來(lái)深度處理水,并取得良好的效果。我國(guó)也于70年代開始對(duì)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。1BAC 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(guò)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(lái)去除污染物。同時(shí),生物膜通過(guò)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(zhǎng)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(guò)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

4、。研究表明,活性炭對(duì)分子量5001000范圍內(nèi)的有機(jī)物具有較強(qiáng)的吸附能力9?；钚蕴繉?duì)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(duì)它的吸附性越差,反之,對(duì)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(guò)對(duì)污染物的氧化分解過(guò)程獲取營(yíng)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?？傊?BAC 通過(guò)活性炭與微生物的協(xié)同作用,提高了微生物對(duì)水中污染物的降解能力,活性炭

5、粒的表面成為微生物的良好培養(yǎng)基,并對(duì)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(zhǎng)其使用壽命4。2BAC 在水處理中的應(yīng)用20世紀(jì)20年代末、30年代初,國(guó)外開始用粉末活性炭去除水中的臭味,并于1930年在美國(guó)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(guó)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(guó)對(duì)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

6、質(zhì)是有效的。近些年來(lái),我國(guó)對(duì)活性炭的研究和應(yīng)用越來(lái)越重視,同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱建筑大學(xué)都對(duì)活性炭做出了較為深入的研究,并已取得實(shí)用性的成果。2.1BAC 在微污染水源處理中的應(yīng)用目前,國(guó)外應(yīng)用BAC 技術(shù)最廣泛的是對(duì)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(guó)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(guó)際先進(jìn)水平。近年來(lái),由于對(duì)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(lái)越嚴(yán)格,使人們愈發(fā)對(duì)臭氧與生物過(guò)濾相結(jié)合的工藝產(chǎn)生了興趣。環(huán)保技術(shù)ISSN1672

7、-9064 CN35-1272/TK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(lái)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(duì)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(zhǎng),與預(yù)氯化時(shí)的情況完全不同。國(guó)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(duì)微染原水的處理非常有效。呂炳南等6的研究結(jié)果(見(jiàn)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71984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

8、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(zhǎng)活性炭的使用壽命,降低BAC段的有機(jī)負(fù)荷。2.2BAC在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用國(guó)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(duì)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(duì)不同類型染料廢水的處理效果進(jìn)行了分析。由表2可見(jiàn)BAC系統(tǒng)的染料去除

9、速率比單純生物降解及單純活性炭吸附兩過(guò)程染料去除速率的和要高。F.Nishimura等9采用BACBZ(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(guò)BAC反應(yīng)器后大幅度降低,氨氮濃度在經(jīng)過(guò)BZ反應(yīng)器后大大降低,污染物的降低均為介質(zhì)吸附過(guò)程和生物降解過(guò)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(lái)處理含殺蟲劑的污染水,對(duì)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(wèn)題,處理效果優(yōu)良且穩(wěn)定10。2.3BAC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

10、由于BAC法結(jié)合了生物降解和吸附2個(gè)過(guò)程,對(duì)于去除非離子合成表面活性劑(NISS非常有效。德國(guó)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(lái)檢測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)可同化有機(jī)碳(AOC的處理效果更好(出水AOC<10g/L,由于經(jīng)BAC工藝處理,水質(zhì)優(yōu)良。3結(jié)語(yǔ)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(shì),在未來(lái)的發(fā)展中將發(fā)揮

11、著越來(lái)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(duì)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(chǎng)所,對(duì)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(duì)BAC的形成及降解能力強(qiáng)弱有無(wú)影響值得我們關(guān)注。參考文獻(xiàn)4聶鳳明.生物活性炭(BAC技術(shù)在水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景.南方冶金學(xué)院學(xué)報(bào),2005,26(46呂炳南,張金松,朱佳.用臭氧-生物活性炭(BAC法深度處理飲用水.中國(guó)給水排水,1993,9(3(11表?yè)u不同處理過(guò)程去除有機(jī)物項(xiàng)目有機(jī)物種類(種美國(guó)

12、國(guó)家環(huán)保局重點(diǎn)控制有機(jī)污染物(種(原水常規(guī)方法臭氧活性炭加氯表?yè)u不同染料廢水采用等法的染料去除率(純生物法生物砂床單純活性炭生物活性炭生物活性炭的優(yōu)越比率顆粒活性炭的郎繆爾比值注:為單位時(shí)間染料去處率;生物活性炭的優(yōu)越比率指(;為酸性藍(lán),為酸性紅,為酸性環(huán)保技術(shù)ISSN1672-9064CN35-1272/TK!(上接第49頁(yè)16(120Klaus Bihlet.Is Uni Clean the Dust Cartridge of the Future?Filtra -tion &Separation September 2002:1618.2000,(322(上接第46頁(yè)設(shè)計(jì)工藝并用

13、PAFS 和PAM 處理濕法煙氣脫硫廢水試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,處理濕法煙氣脫硫廢水的效果比較理想,pH 、S 2-、F -、COD 、SS 均可達(dá)到污水綜合排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求。參考文獻(xiàn)2處理技術(shù),2004,30(61999,15(258Nishijima W ,Speitel E G.Fate of biodegradable dissolved organic carbon produced by ozonation on biological activated carbon.Chemo -sphere ,2004,56(210Bonne P A C ,Beerendonk E F ,Van

14、der Hock J P.Retentron of Her -bicides and Pesticides in Relation to Aging of RO Membranes.Elservier Desalinaction ,2001,(11113Sirotkin A S ,Koshkina L Y U ,Ippolitov K G.The BAC-process for treatment of waste water containing non-ionogenic synthetic surfac -tants J .Wat.Res.,2001,35(13!環(huán)保技術(shù)上海交大的生物質(zhì)

15、能課題繆曉玲副教授一直在從事藻類研究?？姇粤嵴f(shuō),如果技術(shù)體系完備,微藻制油就將畫出一個(gè)完美的綠色循環(huán)建立規(guī)模化的微藻制油工廠,在大型容器中養(yǎng)殖微藻。白天,陽(yáng)光和二氧化碳工業(yè)廢氣將為微藻創(chuàng)造出適宜的生長(zhǎng)條件;入夜,光合作用停止,但依然可以給微藻“喂食”工業(yè)廢水,讓它們利用廢水中的糖制造養(yǎng)分。在這一綠色循環(huán)的末端,微藻柴油能讓汽車的碳排放降為零,而“榨油”之后的微藻殘?jiān)?則可以作為新型生物質(zhì)能鍋爐的燃料、由于不占用耕地,工廠化運(yùn)營(yíng)也可大幅提高土地利用率,因此不存在“與糧爭(zhēng)地”的問(wèn)題。上海交大的生物質(zhì)能課題得到了市財(cái)政資金的支持。上海正在研究利用藻類吸收工業(yè)排放的二氧化碳,并制造生物柴油的新技術(shù)。除了政府,微藻制油目前在全球更受到了頂級(jí)企業(yè)的關(guān)注。從這些藻粉中提取出油脂,經(jīng)化學(xué)方法處理制備出的生物柴油,其性質(zhì)和成分與傳統(tǒng)石化柴油非常相似,某些指標(biāo)比如發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)性能甚至更好,因此應(yīng)用價(jià)值更高。東海風(fēng)電場(chǎng)首臺(tái)風(fēng)機(jī)安裝成動(dòng)3月23日,國(guó)家海上風(fēng)電示范項(xiàng)目、上海市重大工程?hào)|海大橋10萬(wàn)千瓦海上風(fēng)電場(chǎng)首臺(tái)風(fēng)機(jī)整體安裝取得成功,標(biāo)志著我國(guó)第一座大型海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)進(jìn)入了風(fēng)機(jī)安裝階段。東海