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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[1]。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[2]。
随着颗粒活性炭(Granular Activated Carbon,GAC)废水 处理技术的发展,人们发现GAC表面极易于微生物的繁殖, 而且,具有微生物繁殖的活性炭使用寿命比无微生物的 GAC要长。1978年,美国学者米勒(G.A.Miller)和瑞士R.W. Rice首次采用了“生物活性炭”(Biological Activated Carbon, BAC)这一术语。其实,从20世纪60年代开始,欧洲一些国 家就用到BAC技术来深度处理水,并取得良好的效果。我国 也于70年代开始对BAC进行研究,而在废水处理方面, BAC技术才刚刚起步,然而,该技术的优越性在实际应用当 中为众所公认的[3]。
1 BAC作用机理
生物活性炭(BAC)技术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,利用活性炭的吸附作用和生物膜的生物降解作用来去除污染物。同时,生物膜通过生物降解活性炭吸附的部分污染物而再生活性炭,从而大大延长活性炭的作用周期。
(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500~1000范围 内的有机物具有较强的吸附能力[9]。活性炭对有机物的吸附 受其孔径分布和有机物的极性及分子大小的影响。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、极性弱的有机物如苯类化 合物、酚类化合物等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,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。
总之,BAC通过活性炭与微生物的协同作用,提高了微 生物对水中污染物的降解能力,活性炭粒的表面成为微生物 的良好培养基,并对微生物进行吸附。而且,其表面粗糙凹处 还具有遮挡水流剪断力的作用。同时,好氧微生物可以提高活性炭的吸附容量,延长其使用寿命〔4〕。
2 BAC在水处理中的应用
20世纪20年代末、30年代初,国外开始用粉末活性炭 去除水中的臭味,并于1930年在美国费城建立了第一个用 活性炭吸附池除臭的水厂。50年代后,欧美国家开始大量使 用活性炭处理城市饮用水和工业废水。我国对BAC的研究 也已有30多年的历史。20世纪60年代末开始利用活性炭去除受污染水源的臭味。80年代初,北京市政工程设计院在北京田村山水厂进行了活性炭吸附试验,实验表明[5],活性炭吸附去除微污染水源水中的有机物、有毒物质是有效的。 近些年来,我国对活性炭的研究和应用越来越重视,同济大学、哈尔滨建筑大学都对活性炭做出了较为深入的研究,并已取得实用性的成果。
2.1 BAC在微污染水源处理中的应用
目前,国外应用BAC技术最广泛的是对水进行深度处 理,它能够有效地去除水中的有机物。欧洲应用BAC技术的 水厂已发展到70个以上。我国上海的杨树浦水厂和南市水 厂于2002年10月开始也采用BAC技术处理原水,出厂水 质各项指标均达到国际先进水平。