生物活性炭技術(shù)在水處理中的研究與應(yīng)用

張永林 王繼生 杜建平

【摘 要】生物活性炭技術(shù)與單一生物法以及活性炭法相比，顯著提高了水處理能力以及處理效果，在發(fā)達(dá)國家的廢水回用、工業(yè)廢水處理以及污染水源凈化項目中得到廣泛應(yīng)用。本文從飲用水水源處理、生活污水處理以及工業(yè)廢水處理三個方面研究了生物活性炭技術(shù)在水處理中的應(yīng)用，具備相當(dāng)?shù)睦碚搩r值與實際價值。

【關(guān)鍵詞】生物活性炭技術(shù)；水處理；應(yīng)用

一、引言

生物活性炭技術(shù)起源于上世紀(jì)70年代，其主要作用機(jī)理是利用粒狀活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)以及其寬大的表面積來吸附水中的有機(jī)污染，起到對污水進(jìn)行高效處理的效果，生物活性炭技術(shù)與單獨的生物法活性炭法相比，其對污水的處理能力有了明顯的提高，處理效果也比較強(qiáng)，在發(fā)達(dá)國家的廢水回收利用、工業(yè)廢水處理、污染水源凈化等項目中得到廣泛應(yīng)用，同時中國也將生物活性炭技術(shù)納入水處理實踐。本文論述了生物活性炭技術(shù)在水處理中的研究以及應(yīng)用。

二、生物活性炭技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

（一）飲用水源處理

生物活性炭技術(shù)在飲用水水源處理中的應(yīng)用可以有效改善感官指標(biāo)，提高后續(xù)消毒功能，改善飲用水水質(zhì)。基于生物吸附以及生物降解的工作原理，生物活性炭可以富集飲用水中的微生物，并快速吸附飲用水中溶解的有機(jī)物。與此同時，微生物還可以通過吸附在生物活性炭表面的有機(jī)物獲得營養(yǎng)，并能再生約20%的活性炭。

如今，人們已經(jīng)從理論和實踐中證明了，使用生物活性炭進(jìn)行生活污水的處理，是一種高效而且環(huán)保的處理方式，因為生物活性炭本身的制造過程清潔且環(huán)保，不會產(chǎn)生副產(chǎn)品，同時其在去除非離子合成表明活性劑時具有非常好的效果。相關(guān)演技顯示，使用生物活性炭進(jìn)行高強(qiáng)度的生活污水處理時，其處理效果好，運行穩(wěn)定，不易發(fā)生波動。

（二）工業(yè)廢水處理

（1）印染廢水

眾所周知，印染廢水中含有大量的化學(xué)染料以及各類化學(xué)添加劑，這些物質(zhì)組成成分復(fù)雜，因此具有廢水色度高、COD含量高、生化處理困難等一系列特點。如果對此類廢水的綜合處理工藝采用“生物活性炭”、“酸化預(yù)處理”、“絮凝過濾”以及“生化處理”，基本上可以滿足我國在2005年頒布的《城市循環(huán)用水工業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。近幾年，這一工藝流程已經(jīng)在大部分工業(yè)廢水處理企業(yè)中實行。運行結(jié)果表明，無論是有機(jī)耗氧量、異味還是出水顏色，都能達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，且穩(wěn)定，具有良好的應(yīng)用效果。當(dāng)然，生物活性炭技術(shù)以及其他工藝的結(jié)合也能有效地處理工業(yè)廢水。例如，由坎特伯雷大學(xué)（新西蘭）以及貝爾法斯女王大學(xué)（英國）聯(lián)合開發(fā)的STR（生物活性炭攪拌罐反應(yīng)器）就在對于印染廢水的處理上取得了優(yōu)異的成果，研究人員設(shè)置了4組對照組進(jìn)行對比試驗，分別為生物活性炭技術(shù)、生物砂床技術(shù)、純生物降解技術(shù)以及純活性炭吸附技術(shù)。試驗取得了以下成果：首先，四種方法對印染廢水均有一定的脫色效果。其次，生物砂床技術(shù)的應(yīng)用效果略高于簡單生物降解技術(shù)，研究人員分析后，認(rèn)為其主要原因是生物砂床具有較高的生物生長率，這寫生物使得有色物質(zhì)的去除以及生物吸附左右大幅降低。再次，在試驗初期，由于生物活性炭中存在著大孔隙，因此這些孔隙很快就會被廢水中的營養(yǎng)物完全堵塞，導(dǎo)致其初始的工作效率很低。然而，一旦經(jīng)過初始階段，在“活性炭的生物吸附以及生物降解”的聯(lián)合作用下，生物活性炭的脫色效果明顯提高，效果顯著。第四，如果STR（生物活性炭攪拌罐反應(yīng)器）工作于高速狀態(tài)，由于水流速度過快將導(dǎo)致固定床系統(tǒng)的吸附效率以及顆粒活性炭上的過量生物質(zhì)將顯著降低。

（2）制藥廢水

制藥廢水與一般生活污水在組成成分上有很多不同，通常來說，其中的有機(jī)物顏色深、固體懸浮固體濃度高、有機(jī)物種類繁多、有機(jī)物濃度高以及固體懸浮固體成分復(fù)雜，而且還有能抑制物質(zhì)降解以及細(xì)菌生長的抗生素。常規(guī)的污水處理方法通常很難取得顯著效果，一些學(xué)者使用厭氧生物活性炭流化床處理生產(chǎn)硝基咪唑和氯苯胍的制藥廠的廢水，試驗結(jié)果顯示，生物活性炭技術(shù)出水穩(wěn)定，穩(wěn)定性好，污水停留時間短，即可以減少COD含量80%以上。比利時Gen大學(xué)使用（生物活性炭氧化過濾系統(tǒng)）處理制藥廢水。處理結(jié)果顯示，處理后COD濃度低于25毫克/升，COD去除率為70%。將魚放入處理過的水中進(jìn)行檢測，沒有發(fā)現(xiàn)慢性毒性。

（3）含油廢水

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，含油廢水的排放量日益增加，在鋼鐵工業(yè)、機(jī)械工業(yè)以及石化工業(yè)等的工業(yè)廢水中常常還有大量的油，對于這些含油廢水，如果不進(jìn)行處理直接將其排入水體，極易造成光照降低，厭氧細(xì)菌大量繁殖，水中缺氧，水體生物死亡的問題，從而引發(fā)對水體生態(tài)環(huán)境造成更大的污染。目前，工業(yè)現(xiàn)場主要采用吸附技術(shù)、聚結(jié)技術(shù)以及混凝技術(shù)等三種方法處理含油廢水。然而，這些純粹的物理以及化學(xué)處理技術(shù)，只能單方面地保證廢水中油類物質(zhì)達(dá)標(biāo)排放，卻無法降低廢水中的好氧有機(jī)污染物達(dá)標(biāo)排放。因此，如果將此類含有廢水直接排入附近的水體，這將不可避免地對附近水域的水質(zhì)產(chǎn)生重大影響。除此之外，大多數(shù)含油廢水存在生化指標(biāo)低以及水量波動大的問題。如果采用傳統(tǒng)的生化處理工藝，必然會帶來一系列的運行問題、管理問題以及操作問題。但是，生物活性炭技術(shù)在這一方面存在明顯的優(yōu)勢。一些學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究實驗證明，生物活性炭技術(shù)在含油廢水的處理效果上明顯優(yōu)于二次氣浮工藝以及顆粒活性炭工藝，油膜質(zhì)量濃度小于5毫克/升，去除水體中的COD53%，去除80%層油膜。此外，一些學(xué)者已經(jīng)推進(jìn)了石油化工企業(yè)含油廢水的處理，并且在處理過程中采用了生物活性炭技術(shù)。處理結(jié)果表明，水體中污染物的去除效果更好，COD去除率為69.6%，含油量、NHS-N、出水COD、BOD、濁度等指標(biāo)明顯高于國家回用水標(biāo)準(zhǔn)。

（4）垃圾滲濾液

影響垃圾滲濾液性質(zhì)的因素很多，但一般公認(rèn)可以分為三種，即物理因素、化學(xué)因素以及生物因素。相關(guān)研究表明，垃圾滲濾液中PH值在4-9之間、COD含量為mg/L、BOD含量通常高達(dá)為-mg/L。從其本質(zhì)上看，垃圾滲濾液是一種高濃度有機(jī)廢水，其具體組成成分復(fù)雜，處理困難。如果未經(jīng)有效處理就直接排放，不可避免地會出現(xiàn)環(huán)境污染問題。如果將“生物活性炭技術(shù)”以及“其他水處理工藝”一起用于垃圾滲濾液的處理，不僅可以保證可靠穩(wěn)定的出水，還可以去除其中的所有氣味、色度以及難溶物質(zhì)，為污水處理達(dá)標(biāo)提供了強(qiáng)有力的保障。

三、結(jié)語

生物活性炭技術(shù)在水處理技術(shù)中心具有高去除效率、長使用周期、維護(hù)方便、低運行成本以及凈化效果好等一眾優(yōu)點，因此，其在未來的工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)過程中有著廣闊的發(fā)展前景。

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