生物活性炭技术的广泛应用

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：通过进一步研究后，20世纪80年代，生物活性炭正式被确立为水处理新技术之一。在臭氧与生物活性炭联用工艺中，有时臭氧氧化所起到的作用不大。针对第一个原因，臭氧与生物活性炭联用工艺中常用臭氧浓度一般在0.5～1.0g臭氧/gDOC。通常情况下，生物活性炭出水中微生物数量高于进水，因此生物活性炭出水需要进行消毒。生物活性炭是当前去除水中有机物的一种较为有效的深度处理方法。

20世纪初，许多发达国家就已经开始将活性炭技术应用于水质净化，但由于活性炭在吸附饱和之后，需要经常性的物化再生，造成处理成本较高，限制了它的应用。20世纪60年代末，研究人员发现：长期运行的吸附滤池粒状炭的表面往往吸附有大量有机物，这成为微生物繁殖的基质，形成了生物膜，活性炭的物化再生周期和炭柱使用寿命延长。通过进一步研究后，20世纪80年代，生物活性炭（Biological activated carbon，BAC）正式被确立为水处理新技术之一。BAC技术是利用具有巨大比表面及发达孔隙结构的PAC对水中有机物及溶解氧的强吸附特性，以及其作为载体可称为微生物集聚、繁殖、生长的良好场所，在适当的温度及营养条件下，同时发挥活性炭的物理吸附和微生物生物降解的水处理技术。

随着工艺的不断发展，BAC技术已经由最初的BAC滤池，扩展到曝气池粉末活性炭技术、流化床BAC技术和膨胀床BAC技术：在国内，BAC过滤与臭氧氧化联用技术在饮用水的深度处理中得到了应用。

一般来讲，水处理使用的活性炭能比较有效地去除小分子有机物，难以去除大分子有机物，而水中有机污染物大分子居多，所以活性炭微孔的表面面积将得不到充分的利用，势必缩短使用周期。但在活性炭前投加臭氧后，一方面氧化了部分有机物，另一方面使水中部分大分子有机物转化为小分子有机物，改变其分子结构形态，提供了有机物进入较小孔隙的可能性，从而达到水质深度净化的目的。人们对臭氧与活性炭联用技术去除水中腐殖酸和富里酸的研究结果也表明，原水中所含的高分子腐殖酸和富里酸不易被活性炭吸附，但经臭氧氧化分解后，变成了一些易被活性炭吸附的小分子物质，从而提高活性炭的吸附效能。

臭氧氧化在某种程度上改善了活性炭的吸附性能，而活性炭又可吸附未被臭氧氧化的有机物及一些中间产物，使臭氧和活性炭各自的作用得到更好的发挥。从臭氧与生物活性炭联用技术在20世纪60年代发明以来，该技术已经在欧洲、美国、日本等发达国家广泛采用。运行结果表明，此工艺对氨氮（NH3-N）和总有机碳（TOC）的去除比单独采用臭氧或活性炭处理要高出70%～80%和30%～75%。

在研究臭氧和活性炭联用时，研究人员发现，水中有机物与臭氧反应的生成物比原来的有机物更易于被微生物降解，活性炭长期在富氧条件下运行表面有生物膜形成，当臭氧处理后的水通过粒状活性炭滤层时，有机物在其上进行生物降解。在臭氧和粒状活性炭组合的情况下，粒状活性炭变成生物活性炭，对有机物产生吸附和生物降解的双重作用，使活性炭对水中溶解性有机物的吸附大大超过根据吸附等温线所预期的吸附负荷。在颗粒活性炭滤床中进行的生物氧化法也可有效地去除某些无机物。

在臭氧与生物活性炭联用工艺中，有时臭氧氧化所起到的作用不大。这有可能来自两个方面的原因，一是臭氧的浓度过低，或者是大分子在氧化以前就容易被生物所降解。针对第一个原因，臭氧与生物活性炭联用工艺中常用臭氧浓度一般在0.5～1.0g臭氧/gDOC。

生物活性炭系统受温度影响很大，当夏季温度在25～35℃时，微生物活动非常活跃，但到冬季温度在8～12℃时，微生物数量显著减少，因而生物氧化在低温地区难于四季运行。通常情况下，生物活性炭出水中微生物数量高于进水，因此生物活性炭出水需要进行消毒。

生物活性炭是当前去除水中有机物的一种较为有效的深度处理方法。当然它也存在某些问题，如耗电量较大；在处理过程中会有各种代谢产物以及微生物本身进入水中，这些产物包括内毒素、溶解性微生物代谢产物及未完全分解的有机物等，其中大多数物质的特性及其对人体健康的可能影响还知之甚少，尚需开展进一步的研究。

生物活性炭技术的广泛应用

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