生物活性炭纖維的制備及其水處理研究

摘 要：基于微生物固定于活性炭纖維以此來處理微污染原水的分析，就生物活性炭纖維的制備及其水處理這個課題進行了較為深入的探討，以期能為深度處理水這一技術提供一些理論參考。

關鍵詞：活性炭纖維；水處理；微生物固定

1 引言

把微生物固定于活性炭上，促使活性炭吸附容量的提升及其使用年限的延長，以此來達到水中有機物降解能力的大幅度增強，這就是生物活性炭技術的一大顯著優點。自上世紀五十年代以來，這種技術就在很多西方發達國家得到普遍的應用；但在具體應用當中，顆粒活性炭——這種生物載體，依然存在著諸多不足，如顆粒不緊湊易生成空隙，機械強度較差，易形成碎屑而帶來二次污染等。作為一種新型的活性炭材料——活性炭纖維，其一大特點就是高效；正是其結構的獨具特點，致使其性能比普通活性炭來得更優越，例如，具有更大的吸附量、更高的機械強度及更快的脫附吸附速度。在實施水處理實驗中，以活性炭作為生物載體，這個實驗已積累了一定的成功經驗。實踐表明，相比于市場上銷售的各種有機高分子材料，活性炭纖維具有更為優越的生物相容性；例如，活性炭纖維的微生物固著化速率遠遠高于市售有機高分子材料（通常前者為后者的10倍左右），且活性炭纖維具有高比表面積，故活性炭纖維更有利于微生物的掛膜及固著。正是基于活性炭纖維具有諸多優勢，以下結合把微生物固定于活性炭纖維以此來處理微污染原水的分析，就生物活性炭纖維的制備及其水處理這個課題進行一些探討，以期能為深度處理水技術提供一些理論依據。

2 關于生物活性炭纖維的制備及其水處理的探討

2.1 關于實驗材料的分析

2.1.1 活性炭纖維：取自國內某知名活性炭纖維廠所生產的粘膠基ACF氈及某煤氣公司所生產的瀝青基ACF絲，具體參數如表1所示：

表1 實驗材料參數

2.1.2 水處理墊層材料：選用普通市售產品、粒徑為一毫米左右的石英砂。

2.1.3 活性污泥：取自某污水廠曝氣池。這種活性污泥為肉眼可見的絨絮狀微生物共同體，其結構較為復雜，是由多種微生物、懸浮物、無機物及有機物所共同構成的。應用于本實驗中的有待進一步處理的原水為某地內河河水，其CODMN（高錳酸鉀鹽指數）約為20mg/L左右，其水源遭到輕微污染，靜置一天后，把最上層清液取出來，在混合于取自某城市自來水管網末端的水中。

2.2 關于實驗測定方法的分析

本實驗中所需要的參數測定方法，具體如表2所示。

表2 參數測定方法

其中，有關生物在炭表面的生長狀況，以掃描電鏡來進行觀察。

2.3 關于實驗方法的分析

2.3.1 預處理及裝填材料。把原生水進行二次去離子，得到高純水，以此高純水來多次沖洗ACF和石英砂，在此基礎上，再把ACF和石英砂浸泡高純水中兩天后，輕微進行揉擦，再以高純水進行多次沖洗后，放入溫度高達140攝氏度烘箱進行烘干四十八小時；完成后再從烘箱取出并放置于密閉容器內保存，以備下次使用。把預處理的ACF進行壓碎，使之成為長度在2毫米左右的碎屑，再以柱直徑為2厘米、有效裝填高度為30厘米左右的有機玻璃柱來裝入這些碎屑；其中，A-20ACF的裝填密度約為0.04g/cm2左右，而J-10ACF和J-12ACF的裝填密度均為0.08g/cm2左右。

2.3.2 微生物培養液制備。（1）污泥上清液：選取2升左右的活性污泥，在此活性污泥中分別加入5升河水和5升管網水（取自某城市自來水管網末端的水），以此方法來制取混合液（大約12升左右）。完成混合液配制后，再以氣泵來進行暖氣，以此來促使水中溶解氧的持續增加，并把氯化鈣、磷酸氫鐵、硫酸鎂及氯化鐵等物質若干量加入，具體如表3所示。

表3 營養物質列表

完成以上操作后，確保培養液中的磷、氮及BOD5的質量比為1∶5∶100。以碳酸氫鈉來對PH值進行調節，使之維持在6.8-7.5之間，以保障能與微生物生長條件相符合。把氣泵進行曝氣三天后，在進行靜置一天后，再把上層懸液取出來，這就是SL培養液（污泥上清液）。

（2）菌液：實行無細菌操作，采用平板劃線這種方法來純種分離活性污泥和原水中的細菌，把肉膏蛋白胨瓊脂培養基及肉膏蛋白胨培養基分別作為固體培養基和液體培養基。相互進行分離以后，就可獲得十二個互不相同的菌落，把不同菌落分別挑取出來，在固體斜面培養基中進行接種，以備純化，在保存時一定要予以編號。再次以平板劃線法來對菌種進行純化，為備后用，在固體斜面培養基中再進行接種單菌落。在液體全營養培養基中混合接種所分離出來的不同菌種，曝氣于空氣中，基于32攝氏度這一條件下進行培養12小時后，再把適量的高純水和原水加入，使之不間歇地曝氣，實行貧營養及原水馴化，就可獲得所需要的純化細菌培養液。再測定出細菌總數量，確保菌液中細菌總數量維持在108MPN/mL左右。

2.3.3 微生物固定。（1）自然掛膜：對裝填有ACF的處理柱先實施曝氣處理，為改善微生物自然生長條件，可添加少量諸如蛋白胨等營養物質，再把待處理的原水直接通入；在此基礎上，再選用重力流固定窗這一方式，與原水一起進行處理裝置，確保進水負荷維持在0.5Ml/min.g左右。（2）人工掛膜：基于BAC這種用得較多的循環物理固定法，以泵提升培養液，經過ACF柱，一直重復六小時左右，確保培養液中的微生物能在填料上固定下來，以生成生物活性炭纖維（BACF）。

2.3.4 進行原水處理。固定完畢處理柱的微生物之后，以由一份河水和四分管網水配制好的原水實施原水處理流程，確保處理柱的單位負荷維持在0.50Ml/（min.g）之間，以高錳酸鉀指數來表征進出水水質。具體原水處理裝置如下圖所示。

3 結束語

總之，相比于傳統生物活性炭，生物活性炭纖維不僅具有更快的吸附速度，而且還具有更大的吸附容量；因此，BACF（活性炭纖維）是一項比BAC（傳統生物活性炭技術）更為先進的全新的水處理技術，在實際當中具有極為廣泛的應用前景。

參考文獻

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[2]鄭經堂.活性炭纖維[J].新型炭材料，2011，2.

[3]李海潮.污水處理用活性炭流化床再生影響因素研究[J].新型炭材料，2011，12.

作者簡介：毛怡倩（1987，8-），女，漢族，江蘇蘇州人，本科學歷，研究方向：環境污染控制工程。